[发明专利]PMSM转子角度识别

说明书

识别永磁同步电机(PMSM)的转子的角度和极性的方法和控制设备，电机(M)包括定子(13)和转子(15)，定子(13)包括绕组(U1‑U2,V1‑V2，W1‑W2)，转子(15)包括至少两个永磁体(11，12)。所述方法包括以下步骤：通过以至少两个不同的定子角度向电机端提供定子电压矢量脉冲、测量每个角度的相电流、以及基于由测量值计算的每个定子角度的电机电感值确定转子d轴位置，来确定转子d轴方向，通过在q轴方向向电机端提供电流矢量、以及在测试脉冲期间对转子旋转的方向进行观察来确定磁体极性，来确定转子d轴极性。

技术领域

本发明涉及对电动机转子角的识别。更具体地，本发明涉及一种在启动前对永磁同步电机(PMSM)d轴的角度和极性进行识别的方法。

背景技术

三相感应电机已被普遍认为是很多工业应用的主力。由于永磁材料的磁热性能的显著改善，同步PM电机是这组(如因其效率高)内可行的选择。从控制的角度而言，永磁同步电机适合于速度是负载独立的应用或者适合于在规定的速度下高精度地同步运行。

AC电机精确的速度控制通常由连接到轴速度或位置反馈传感器的变频器来完成。为了理想地控制PM同步电机，控制系统必须知道转子角度。有许多已知的识别转子角度的方法，例如，当确定转子定向时，向定子端注入AC信号或空间分布的DC电流脉冲，并利用各向异性分析信号响应。无论转子结构如何，d轴的极性检测通常基于定子饱和；沿着通量馈送的电流较逆着通量馈送的电流，减少了更多的电感，使得d轴的极性可观察到。但是，并非所有PM电机都如此。在某些情况下，由于电机的设计，可能导致定子在电流的实际量下不饱和，这意味着不能完成对d轴极性的识别，因而也不能完成对转子的确切角度的识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种识别d轴极性并且由此识别永磁同步电机的转子的确切角度的新方法。

在启动电机之前执行转子角度识别的动作。为了能够执行根据本发明的识别测量，需要测量轴旋转方向，如由编码器进行测量。该方法基于以下假设：已找出d轴的方向(如使用某些已知的方法)，仅其极性需要被识别。

为了进行识别，在所期望的角度上产生力矩的短测试电流脉冲被提供给定子绕组。该方法利用了产生电流的力矩和转子位置角度之间的关系。当对定向的猜测正确时，正参考力矩产生正的实际力矩，从而使轴向正方向旋转。分别地，如果定向误差为180°，则正参考力矩产生负的实际力矩，从而使轴向负方向旋转。同样地，当然也适用于负参考力矩。因此，如果轴能够旋转，则可以通过在测试脉冲期间观察转子旋转的方向来完成极性识别。很轻微的转子转动足以用来进行识别，例如，2机械角度(mechanical degree)，这小于正常的齿轮间隙。

通过使q轴方向的定子电流矢量增加到预定义的水平开始极性识别，定子电流矢量的增加产生开始使轴旋转的力矩。当达到该水平时，锁住参考值并保持预定的时间。如果转子旋转角度在这段时间超过阈限，则立即停止该序列，这是因为极性检测被认为是可靠的。如果在时间逝去之前没有达到阈限，则参考力矩被变更(ramp)到相反的预定义值，锁住并保持预定义的时间，与首次猜测类似。如果在预定义的时间逝去之前转子角度没有旋转到极限以上(如轴被锁定)，则不能完成识别。

在PM电机中转子角度识别的已知方法基于定子的饱和。如果情况并非如此，则根据本发明的方法是检测磁体极性的唯一方式。

附图说明

下面结合示例参照附图，进一步详细描述本发明，其中

图1示出PM同步电机的截面图，

图2示出速度控制的电机驱动，

图3示出PM同步电机的电感曲线，

图4示出成功的PMSM转子识别，以及

图5示出失败的PMSM识别。

具体实施方式