永磁同步電機轉子初始位置檢測方法

齊淑尊+王文彬

摘 要：隨著我國科學技術的不斷發展，越來越多的高科技產物被廣泛應用到了國家的生產建設和人們的日常生活里，其中永磁同步電機就是其中之一。因為永磁同步電機擁有很多優點，如體積小，實用效率高，耗能量低等，所以受到很多生產建設相關人士的好評。但是，在永磁同步電機使用的過程中，還有需要注意的事項，尤其是永磁同步電機轉子初始位置的檢測，它對永磁同步電機的運行起著至關重要的作用。本篇文章就是通過對永磁同步電機轉子初始位置檢測方法方面的內容進行論述，并通過一些相關數據和公式，對其進行簡要的分析，希望能對永磁同步電機在未來的發展提供幫助。

關鍵詞：永磁同步電機；轉子初始位置；高頻信號注入；磁路飽和效應

在過去的發展過程中，人們建設與生產的時候會應用到各種各樣的機械設備，尤其是電機的使用率比其他相關設備的使用率更高。但是傳統的電機設備比較老化，工作效率也比較低，同時還會消耗大量的電能，影響國家的整體發展。但是永磁同步電機在現代社會發展中的出現，大大提高了相關事業的生產與建設水平。因為永磁同步電機的工作效率明顯比傳統電機的效率高，所以被廣泛的應用在國家發展中的各個領域。但是永磁同步電機能否良好的運作，與其轉子初始位置有著密不可分的聯系，要想良好的發揮永磁同步電機的作用，就要做好其轉子初始位置的檢測工作。

1 永磁同步電機轉子的簡要概述

轉子的初始位置對永磁同步電機的運行起著至關重要的作用，如果在永磁同步電機被應用在某些工程建設或是某種產品生產的過程中，相關的監測管理人員沒能及時的發現永磁同步電機轉子初始位置的變化或者對轉子初始位置偏移不能進行良好的預測，那么永磁同步電機的轉子就會發生反轉或是導致永磁同步電機失靈等狀況，一旦這樣的情況出現，不僅會對相關的建設或生產工作造成嚴重的影響，還會導致某些機械設備產生連帶作用跟著一起失靈，從而造成生產或建設事故，更嚴重的還會造成人員傷亡。所以，永磁同步電機轉子初始位置相關的檢測人員一定要技術的處理轉子初始位置偏移的問題，保證相關工程能夠順利進行以及工作人員的安全。

在相關科研人員的探索中曾發現，永磁同步電機轉子的初始位置可以被一種叫絕對式光電編碼器的設備預知，但是使用這種設備會消耗大量的資金成本，而且設備的體積比較到，不僅對永磁同步電機的使用造成一定困擾，還會在一定程度上限制了其他相關設備的使用，所以這種設備沒有很好的被應用。

針對以上的問題的解決方法是一種基于旋轉高頻信號注入的檢測方式，通過相應的技術手段對高頻電壓上的信號進行低通濾波上的處理，通過這種技上的測量以后，就可以對三相高頻電壓幅值進行確定，此時需要進一步測量的是三相電流響應幅值的大小會隨著轉子的位置出現怎樣的變化，通過一系列測量上的步驟以后，就可以精確的得到轉子的位置，最后根據電機磁路上的飽和效應的實際情況對電機轉子的N、S極性進行理論上的分析。這種方法上的使用可以滿足電機啟動過程中不會出現任何“振動”可以保障電機啟動過程中不會出現反轉的情況。

2 轉子初始位置檢測原理

對于正弦波永磁電機，轉子磁極經精心加工，其切割定子繞組時產生正弦波感應電勢。實際應用較多的光電編碼器是復合式光電編碼器，復合式光電編碼器是一種帶有簡單磁極定位功能的增量式光電編碼器，它輸出兩組信息，U，V，W，A，B，Z及反相的U-V-W-A-B-Z一信號。一組用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能，三路彼此相差120。的、占空比為0.5的三路脈沖信號U，V，W；另一組完全同增量式光電編碼器，輸出三路方波脈沖A，B和Z0A，B兩路脈沖相位差900，這可以判斷轉向，Z脈沖每轉一個，用于基準點定位。U，V，W信號用于永磁同步伺服系統轉子磁極的初始定位。

值得注意的是：復合式光電編碼器的極對數要與電機的極對數一致，轉子旋轉一周編碼器U，V，W相中任一相就發出與極對數相同的脈沖個數。使用一臺四通道的示波器可得到轉子初始位置與U，V，W相電平組合的對應關系。通道1探針連接U相，地連接V相；通道2，3，4探針分別連接編碼器的U，V，W相，地連接編碼器的地；編碼器加上電源，面對電機前端反時鐘方向轉動電機。第一行正弦波為電機作為發電機時U相和V相繞組間的感應電勢，第2，3，4行是編碼器U，V，W相發出的方波電平信號，橫軸表示轉子轉過的電角度。根據U，V，W相的電平高低的組合可知轉子的區間范圍。根據U，V，W的3位信號，可以將轉子位置確定在60。電角度的范圍里。，當U，V，W讀數在100時，則取其角度為0-60。區間的中間位置（即300），這樣轉子的位置誤差不會超過300電角度。

3 實驗與結果分析

為了驗證所提供的永磁同步電機轉子初始位置檢測方法的正確性，以一臺額定功率為11kW，額定電壓為380V的內嵌式永磁同步電機為研究對象，進行了大量實驗。電機參數。控制系統以TMS320F2812為核心，主電路采用三相電壓源逆變器，向電機注入的高頻電壓信號幅值大小為80V，頻率為400Hz。θ=0°（即360°）時的三相高頻電流響應波形，從中提取出三相電流響應幅值大小分別為IA=2.41A，IB=1.45A，IC=1.43A，IA>IB>IC，可知150°<θ<180°，再根據式（19）可求得θ=IA-IBIA-IC×30°+150°=179.39°。根據磁路飽和效應，先后對θ和（θ+π）處注入相同時間和幅值的脈沖電壓，其電流響應I1

4 結論

對凸極同步電機的模型進行分析，得到了一種永磁同步電機轉子初始位置檢測方法，通過向電機注入高頻旋轉電壓信號，從三相高頻電流響應幅值中提取出轉子位置信息。再通過向檢測出的d軸兩個方向分別注入相同時間和幅值的脈沖電壓，利用磁路飽和效應區分NS極性。轉子初始位置檢測誤差Δθ<6°（電角度），平均檢測誤差約為|Δθ|≈2.97°<3°，檢測準確度超過了由3個光電開關構成的分辨率為60°的絕對式光電編碼器的分辨準確度±30°，因而完全可應用于工程實際中，大量實驗也表明該誤差對永磁同步電機的起動控制影響可忽略，永磁同步電機在起動過程中不會發生反轉或“抖動”現象，驗證了該方法對永磁同步電機初始位置檢測具有參考意義，并具有較好的應用價值。

結束語

通過文章上述內容的簡單介紹可以了解到，轉子初始位置的檢測對永磁同步電機的運行有著非常大的影響，如果不能對其進行有效的檢測與管理，那么就會對使用到永磁同步電機的相關建設和生產內容造成困擾，嚴重時還會造成經濟和人力資源的損失。所以，在未來的發展過程中，永磁同步電機轉子初始位置的相關檢測人員，在檢查的過程中，一定要認真嚴謹的按照工作流程進行加測，并在檢測到問題的同時，及時的加以處理。另外，相關工作人員還要在保證工作質量和工作效率的同時，不斷地完善自身的工作水平，加強相關知識的學習與理解，為永磁同步電機在未來的發展奠定良好的基礎。

參考文獻

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