专利名称：永磁电机启动方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁电机启动方法、装置及系统，尤其是指一种无传感器的永磁电机启动方法、装置及系统。
背景技术：
永磁电机由于具有功率密度大、效率高等优点，在很多场合中得到广泛应用，例如冰箱的压缩机。永磁电机控制系统在实际应用场合中，通常需要在电机上安装价格比较昂贵的绝对式编码器或旋转变压器等位置传感器，用于获取转子的绝对位置信息。随着永磁电机控制技术的不断发展，为了进一步降低永磁电机驱动系统的成本，希望采用比较廉价的增量式编码器来检测位置信息，或者采用无位置传感器技术。然后，这两种方案都需要解决一个重要的问题，即必须在电机运行之前对转子的初始位置进行准确定位，只有得到比较准确的转子初始位置信息之后，才能有效第控制电机启动运行。现有地，一般是在电机绕组上施加一定幅值的电流矢量，让电流矢量保持一段时间，使得电机转子转动并定位到预先设置的方向。然而，预先施加的电流矢量会造成电机额外发热、晃动，导致电机磨损，并产生噪音。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种永磁电机启动方法。本发明的另一目的在于提供一种永磁电机启动装置。本发明的又一目的在于提供一种永磁电机启动系统。相应地，本发明的一种实施方式的永磁电机启动方法,包括:
51、在自定的转子旋转坐标系的轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号；
52、检测自定的转子旋转坐标系的qf轴上的高频响应电流信号；
53、将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号；
54、通过PID调节器调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置；
55、根据所述转子位置计算出转子初始角速度。作为本发明的进一步改进，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。作为本发明的进一步改进，所述S2步骤后还包括:
将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标。作为本发明的进一步改进，在所述“将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标”步骤后，还包括:
对所述高频响应电流信号进行带通滤波；
将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。作为本发明的进一步改进，所述S5步骤具体为: 对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。相应地,本发明的一种实施方式的永磁电机启动装置，包括:
在自定的转子旋转坐标系的df轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号；
检测自定的转子旋转坐标系的qf轴上的高频响应电流信号；
将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号；
调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置；
根据所述转子位置计算出转子初始角速度。作为本发明的进一步改进，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。作为本发明的进一步改进，所述装置还用于将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标。作为本发明的进一步改进，所述装置还用于:
对所述高频响应电流信号进行带通滤波；
将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。作为本发明的进一步改进，所述观测器为龙伯格观测器，用于对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。相应地，本发明的一种实施方式的永磁电机启动系统，包括:
电源单元，与所述电源单元电性连接的控制单元和逆变单元，所述电源单元为所述控制单元和所述逆变单元提供电力；
所述逆变单元电性连接永磁电机，并由所述控制单元控制，驱动所述永磁电机；
其中，所述控制单元包括:
用于在自定的转子旋转坐标系的轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号的电路；
用于检测自定的转子旋转坐标系的qf轴上的高频响应电流信号的电路；
低通滤波器，用于将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号；
PlD调节器，用于调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置；
观测器，用于根据所述转子位置计算出转子初始角速度。作为本发明的进一步改进，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。作为本发明的进一步改进，所述控制电源还包括:
用于将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标的电路。作为本发明的进一步改进，所述控制电源还包括:
带通滤波器，用于对所述高频响应电流信号进行带通滤波；
乘法器，用于将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。作为本发明的进一步改进，所述观测器为龙伯格观测器，用于对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。作为本发明的进一步改进，所述电源单元包括: 整流滤波电路，用于生成高压直流电，并与所述逆变单元电性连接；
开关电源电路，用于降压所述高压直流电，并与所述逆变单元的高压驱动芯片电性连
接;
DC-DC电路，用于对所述开关电源电路输出的直流电进行降压，并与所述控制单元电性连接。与现有技术相比，通过本发明的永磁电机启动方法、装置及系统，可将永磁电机的转子从静止状态下直接进入闭环控制，其运转前无需通一个额外的连续直流电流，从而避免了电机的额外发热与晃动，避免了零部件产生的额外磨损。提高了电机能效，降低了电机噪声。
图1是本发明一实施方式中永磁电机启动系统的系统架构 图2是本发明一实施方式中永磁电机启动方法的流程 图3是本发明一实施方式中永磁电机启动装置的模块图。
具体实施例方式以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。本发明一实施方式中，该永磁电机启动方法、装置及系统应用在冰箱压缩机中。其可在压缩机未工作之前，通过控制单元控制逆变单元向压缩机内的永磁电机发送一定数量的高频电压脉冲信号，这些高频电压脉冲信号在压缩机内永磁电机三相线圈内通过时和永磁电机的永磁体的转子磁场相互作用，使得电流的幅度发生变化，通过检测回路上永磁电机的高频响应电流，再经过一定的处理，即可得到转子的位置信息，从而使压缩机永磁电机启动时就可以实现闭环效果。如图1所示,在本发明一实施方式中，该永磁电机启动系统包括:电源单元10,与所述电源单元10电性连接的控制单元20和逆变单元30,该电源单元10为该控制单元20和该逆变单元30提供电力。该逆变单元30电性连接永磁电机40，并可由所述控制单元20控制，以驱动所述永磁电机40工作。其中，所述电源单元10包括:整流滤波电路101，开关电源电路102，以及DC-DC电路 103。所述整流滤波电路101电性连接逆变单元30。在整流滤波电路101中，220V交流电经过整流桥后生成高压直流电，并经过电容滤波后向所述的逆变单元提供稳定的直流高压电。所述开关电源电路102电性连接所述逆变单元30中的高压驱动芯片301、302、303。直流高压电经过开关电源电路102降压后，生成+15V直流电为所述的逆变单元中的高压驱动芯片301、302、303提供工作电源。所述DC-DC电路103电性连接所述控制单元20。开关电源电路102生成的+15V直流电输出至DC-DC电路103，降压为3.3V后，为控制单元20供电。
所述控制单元包括PWM模块，信号采样模块，低通滤波器，PID调节器，观测器。具体将结合图3进行介绍。所述逆变单元包括三个高压驱动芯片，以及三组共六个IGBT管。每两个IGBT管分为一组，其中，IGBTl，IGBT2为一组，IGBT3, IGBT4为一组，IGBT5, IGBT6为一组，其栅极分别与控制单元的三相PWM模块对应连接。每一组的第一个IGBT管，如IGBT1，IGBT3，IGBT5的漏极分别连接所述整流滤波电路101输出的直流高压电，源极一方面连接三相永磁电机40的其中一相输入端(U, V, W)，而永磁电机40的另一相与每一组的第二个IGBT的漏极对应连接，如IGBT2，IGBT4, IGBT6，每一组的第二个IGBT(IGBT2，IGBT4, IGBT6)的源极经电阻50连接控制单元的信号才洋模块，对永磁电机的高频响应电流信号进行采样。三个高压驱动芯片301、302、303的输入端与控制单元的三相PWM模块对应相连接，输出端分别连接三组IGBT的栅极，如高压驱动芯片301连接IGBT1、IGBT2，高压驱动芯片302连接IGBT3、IGBT4,高压驱动芯片303连接IGBT5、IGBT6。如图2所示, 在本发明一实施方式中,所述永磁电机启动方法,包括:
51、在自定的转子旋转坐标系的轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号；
其中，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。优选地，该脉振高频电压信号为:
权利要求
1.一种永磁电机启动方法，其特征在于，所述永磁电机启动方法包括以下步骤: s1、在自定的转子旋转坐标系的df轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号； s2、检测自定的转子旋转坐标系的Cf轴上的高频响应电流信号； s3、将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号； s4、通过PID调节器调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置； s5、根据所述转子位置计算出转子初始角速度。
2.根据权利要求1所述的永磁电机启动方法，其特征在于，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。
3.根据权利要求1所述的永磁电机启动方法，其特征在于，所述S2步骤后还包括: 将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标。
4.根据权利要求3所述的永磁电机启动方法，其特征在于，在所述“将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标”步骤后，还包括: 对所述高频响应电流信号进行带通滤波； 将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。
5.根据权利要求1所述的永磁电机启动方法，其特征在于，所述S5步骤具体为: 对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。
6.一种永磁电机启动装置，其特征在于，所述装置用于: 在自定的转子旋转坐标系的df轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号； 检测自定的转子旋转坐标系的轴上的高频响应电流信号； 将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号； 调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置； 根据所述转子位置计算出转子初始角速度。
7.根据权利要求6所述的永磁电机启动装置，其特征在于，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。
8.根据权利要求6所述的永磁电机启动装置，其特征在于，所述装置还用于将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标。
9.根据权利要求8所述的永磁电机启动装置，其特征在于，所述装置还用于: 对所述高频响应电流信号进行带通滤波； 将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。
10.根据权利要求6所述的永磁电机启动装置，其特征在于，所述观测器为龙伯格观测器，用于对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。
11.一种永磁电机启动系统，其特征在于，所述系统包括: 电源单元，与所述电源单元电性连接的控制单元和逆变单元，所述电源单元为所述控制单元和所述逆变单元提供电力；所述逆变单元电性连接永磁电机，并由所述控制单元控制，驱动所述永磁电机； 其中，所述控制单元包括: 用于在自定的转子旋转坐标系的df轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号的电路； 用于检测自定的转子旋转坐标系的qf轴上的高频响应电流信号的电路； 低通滤波器，用于将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号； PlD调节器，用于调节 所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置； 观测器，用于根据所述转子位置计算出转子初始角速度。
12.根据权利要求11所述的永磁电机启动系统，其特征在于，所述高频电压信号为脉振高频电压信号。
13.根据权利要求11所述的永磁电机启动系统，其特征在于，所述控制电源还包括: 用于将所述高频响应电流信号从三相坐标变换为两项旋转坐标的电路。
14.根据权利要求13所述的永磁电机启动系统，其特征在于，所述控制电源还包括: 带通滤波器，用于对所述高频响应电流信号进行带通滤波； 乘法器，用于将带通滤波后的高频响应电流信号进行放大。
15.根据权利要求11所述的永磁电机启动系统，其特征在于，所述观测器为龙伯格观测器，用于对所述转子初始位置进行微分，获得所述转子初始角速度。
16.根据权利要求11所述的永磁电机启动系统，其特征在于，所述电源单元包括: 整流滤波电路，用于生成高压直流电，并与所述逆变单元电性连接； 开关电源电路，用于降压所述高压直流电，并与所述逆变单元的高压驱动芯片电性连接; DC-DC电路，用于对所述开关电源电路输出的直流电进行降压，并与所述控制单元电性连接。
全文摘要
本发明提供一种永磁电机启动方法、装置及系统，其中，所述方法包括S1、在自定的转子旋转坐标系的轴上的永磁电机的定子绕组中注入高频电压信号；S2、检测自定的转子旋转坐标系的轴上的高频响应电流信号；S3、将所述高频响应电流信号进行低通滤波处理为误差信号；S4、通过PID调节器调节所述误差信号趋于零后，计算出转子初始位置；S5、根据所述转子位置计算出转子初始角速度。本发明可将永磁电机的转子从静止状态下直接进入闭环控制，其运转前无需通一个额外的连续直流电流，从而避免了电机的额外发热与晃动，避免了零部件产生的额外磨损。提高了电机能效，降低了电机噪声。
文档编号H02P6/18GK103138664SQ20121045618
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者刘建, 王铭, 张奎 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔股份有限公司