基于永磁同步传动系统的转子位置获取方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于永磁同步传动系统的转子位置获取方法及装置，所述永磁同步传动系统包括逆变器和永磁同步电机，所述永磁同步电机的初始速度不为零，所述方法包括：周期性的控制逆变器的桥臂开关，以在每个控制周期内，使永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第一时间内由零电流逐渐上升，并使永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第二时间内由上升的最终值逐渐衰减为零，第一时间与第二时间的总时间为控制周期的总时长；在每个控制周期的固定时刻采集永磁同步电机的三相电流；将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统进行处理以得到感应电势矢量的相角，并根据所述感应电势矢量的相角获取永磁同步电机的转子位置角。
【专利说明】基于永磁同步传动系统的转子位置获取方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机【技术领域】，尤其涉及一种基于永磁同步传动系统的转子位置获取方法及装置。
【背景技术】
[0002]永磁同步传动系统是通过调频调压方式控制永磁同步电机的转速和转矩的一种新型传动系统，具有结构简单、功率密度大、低速输出扭矩大、效率高，维护方便等优点，目前已成为交流传动系统的重要组成部分。在永磁同步传动系统的应用中，永磁同步传动系统的带速投入技术是指永磁同步电机在断电后，并在电机仍具有一定初速度的情况下再次带电运行的过程，譬如:轨道交通领域中过分相、短时过流过压等情况，需电机带速度重新投入牵引，风力发电领域中，在变频器投入之前需要已具有一定初速度的电机重新投入等，这些工况下都需要永磁同步传动系统具有带速度投入的能力。
[0003]对于永磁同步电机而言,具有一定的初速度就意味着定子上会感应出一定的感应电势，如果在不知永磁同步电机转子位置的情况下直接投入，不可避免的会引起强烈的电流和机械冲击或者会引起变频器过流故障而无法投入，因此，研究永磁同步传动系统带速度投入初始位置观测技术具有很重要的意义。
[0004]为解决上述问题，一种方式是利用安装在电机转子轴承上的位置传感器来检测转子位置信息，但是安装位置传感器不仅会增加电机的体积及成本，且位置传感器本身受振动、湿度等外界环境因素的影响较大，对使用环境的要求较为严格。另一种方式是在定子上安装电压传感器的方式，以在变频器运行前实时的采样永磁同步电机的感应电势，从而获得转子的位置信息，这种方式虽然省去了转子上的位置传感器，但增加了电压传感器也导致了成本的上升。为了克服安装传感器所带来的缺陷，还有一种方式是采用无传感器控制算法来确定转子位置，具体实现如下:
[0005]永磁同步电机在两相d — q旋转坐标系下的电压方程为:
[0006]
【权利要求】
1.一种基于永磁同步传动系统的转子位置获取方法，其特征在于，所述永磁同步传动系统包括逆变器和永磁同步电机，所述永磁同步电机的初始速度不为零，所述方法包括: 周期性的控制所述逆变器的桥臂开关，以在每个控制周期内，使所述永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第一时间内由零电流逐渐上升，并使所述永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第二时间内由所述上升的最终值逐渐衰减为零，所述第一时间与所述第二时间的总时间为所述控制周期的总时长； 在每个控制周期的固定时刻采集所述永磁同步电机的三相电流； 将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统进行处理以得到感应电势矢量的相角，并根据所述感应电势矢量的相角获取所述永磁同步电机的转子位置角，所述转子位置角为a相绕组方向与永磁体磁链方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期性的控制所述逆变器的桥臂开关前，还包括:确定所述第一时间和所述第二时间； 所述确定所述第一时间和所述第二时间，具体包括: 预设所述第一时间； 按照下面公式计算所述最大短路电流衰减为零的过程所需的最长时间t:
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述周期性的控制逆变器的桥臂开关，具体包括: 在所述第一时间内，控制接通所述逆变器的全部上桥臂开关，同时控制关断所述逆变器的全部下桥臂开关；在所述第二时间内，控制关断所述逆变器的全部开关； 或， 在所述第一时间内，控制接通所述逆变器的全部下桥臂开关，同时控制关断所述逆变器的全部上桥臂开关；在所述第二时间内，控制关断所述逆变器的全部开关。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定时刻为:在计时到达所述第一时间时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统进行处理以得到感应电势矢量的相角，具体包括: 将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统； 所述锁相环系统利用所述反向的三相电流获取所述永磁同步电机的转子电角速度，并根据所述转子电角速度获取所述永磁同步电机的感应电势矢量的相角。
6.一种基于永磁同步传动系统的转子位置获取装置，其特征在于，所述永磁同步传动系统包括逆变器和永磁同步电机，所述永磁同步电机的初始速度不为零，所述装置包括: 开关控制单元，用于周期性的控制所述逆变器的桥臂开关，以在每个控制周期内，使所述永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第一时间内由零电流逐渐上升，并使所述永磁同步电机每相定子绕组上的电流在第二时间内由所述上升的最终值逐渐衰减为零，所述第一时间与所述第二时间的总时间为所述控制周期的总时长；电流采样单元，用于在每个控制周期的固定时刻采集所述永磁同步电机的三相电流； 电势相角获取单元，用于将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统进行处理以得到感应电势矢量的相角； 转子位置获取单元，用于根据所述感应电势矢量的相角获取所述永磁同步电机的转子位置角，所述转子位置角为a相绕组方向与永磁体磁链方向的夹角。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 控制时间确定单元，用于在所述开关控制单元周期性的控制所述逆变器的桥臂开关前，确定所述第一时间和所述第二时间； 所述控制时间确定单元,具体包括: 第一时间设定子单元，用于预设所述第一时间； 衰减时长计算子单 元，用于按照下面公式计算所述最大短路电流衰减为零的过程所需的最长时间t:
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述开关控制单元，具体包括: 第一开关控制子单元，用于在所述第一时间内，控制接通所述逆变器的全部上桥臂开关，同时控制关断所述逆变器的全部下桥臂开关；第二开关控制子单元，用于在所述第二时间内，控制关断所述逆变器的全部开关； 或，所述开关控制单元，具体包括: 第三开关控制子单元，用于在所述第一时间内，控制接通所述逆变器的全部下桥臂开关，同时控制关断所述逆变器的全部上桥臂开关； 第四开关控制子单元，用于在所述第二时间内，控制关断所述逆变器的全部开关。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述固定时刻为:在计时到达所述第一时间时。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电势相角获取单元，具体包括: 电流反相子单元，用于将所述三相电流进行反向后送入锁相环系统；电势相角获取子单元，用于使所述锁相环系统利用所述反向的三相电流获取所述永磁同步电机的转子电角速度，并根据所述转 子电角速度获取所述永磁同步电机的感应电势矢量的相角。
【文档编号】H02P6/18GK103795306SQ201410078666
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】冯江华, 刘可安, 尚敬, 许峻峰, 肖磊, 张朝阳, 文宇良, 何亚屏, 刘雄 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司