永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)分析

陽小蘭

摘 要 永磁同步電機(jī)具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢，這主要是其內(nèi)部轉(zhuǎn)子的位置能夠定位到，從而能夠?qū)τ来磐诫姍C(jī)的性能進(jìn)行提高。但是使用機(jī)械式傳感器相對(duì)來說不能夠很好的抵抗干擾，而且成本也較高，應(yīng)用無位置傳感器控制技術(shù)能夠彌補(bǔ)這一不足，對(duì)電機(jī)的廣泛使用有很好的推動(dòng)作用。鑒于此，本文分析了電機(jī)的無位置傳感器控制，電機(jī)主要是永磁同步式的，希望有參考意義。

關(guān)鍵詞 無位置傳感器 永磁同步電機(jī) 控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)以及電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使得電機(jī)的性能越來越高，交流變速系統(tǒng)控制得到了很好的應(yīng)用。在交流變速控制技術(shù)中，同步電機(jī)有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，在一些大型的系統(tǒng)控制中具有很好的發(fā)展。永磁同步電機(jī)的無位置傳感器控制改變了機(jī)械式傳感控制，使得其應(yīng)用更加的可靠。

一、轉(zhuǎn)子的初始位置檢測

（一）預(yù)定位檢測方法

永磁同步電機(jī)能不能夠正常啟動(dòng)并且平穩(wěn)的運(yùn)行其轉(zhuǎn)子的初始位置檢測是十分關(guān)鍵的，只有轉(zhuǎn)子的初始位置檢測工作做好了，才能夠保證電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能夠有效的確保在啟動(dòng)的時(shí)候不會(huì)發(fā)生電機(jī)反轉(zhuǎn)的情況。使用預(yù)定位方法對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)行檢測，主要就是在開始啟動(dòng)永磁同步電機(jī)之前，將恒定電壓矢量加到電機(jī)上，時(shí)間是定量，這樣電磁轉(zhuǎn)矩推動(dòng)著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到預(yù)定的地方。使用此方法進(jìn)行檢測，比較簡單，其運(yùn)算也不會(huì)太麻煩。

在將恒定電壓矢量加完之后，定子繞組中就會(huì)有合成電流矢量產(chǎn)生，然后就會(huì)有電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)一步轉(zhuǎn)子就會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。使用這種預(yù)定位方法進(jìn)行檢測，通常情況下轉(zhuǎn)子預(yù)定位都能夠達(dá)到設(shè)置的目標(biāo)位置，但是也會(huì)有特殊情況存在，轉(zhuǎn)子無法到達(dá)目標(biāo)位置的情況是當(dāng)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置是在π或者是接近π時(shí)。針對(duì)于這種情況，使用逐次差值為120度的電壓矢量來依次進(jìn)行施加的方式，這樣就能夠使轉(zhuǎn)子逐漸的轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，通過這種方式，能夠使預(yù)定位方法檢測更加的具有可行性。不過使用這種方法進(jìn)行檢測有一定的缺陷，對(duì)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行預(yù)定位的時(shí)間相對(duì)來說是比較長的，而且在過程中其轉(zhuǎn)子的位置是有可能會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)的，因此其應(yīng)用是具有一定的約束性的。

（二）電壓脈沖矢量檢測方法

利用電壓脈沖矢量法來檢測轉(zhuǎn)子初始位置，主要是將六組同樣的電壓脈沖矢量加到定子繞組中，然后對(duì)定子電流進(jìn)行確定，以此來知道轉(zhuǎn)子所在的區(qū)間位置。其中施加的電壓脈沖矢量是基本非零矢量，這一過程中不使用脈沖發(fā)生器，也不用對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作，這樣就不會(huì)影響到電路。脈沖矢量的添加形式如表1：

然后對(duì)六組的電流值進(jìn)行對(duì)比，這樣就能夠確定出轉(zhuǎn)子所在的區(qū)間位置。使用這種脈沖矢量法進(jìn)行檢測，是非常簡單的，但是相對(duì)來說檢測的位置誤差也較大，一般使用這種方法要結(jié)合其他方法一起，以保證檢測盡可能的準(zhǔn)確。

二、無位置傳感器控制技術(shù)中的零速和低速運(yùn)行控制

（一）開環(huán)V/F控制

永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)中的開環(huán)控制相對(duì)來說成本比較低，而且不用通過檢測轉(zhuǎn)子的位置，就進(jìn)行簡單的計(jì)算就能夠?qū)崿F(xiàn)，在水泵以及風(fēng)機(jī)等中較為實(shí)用。開環(huán)V/F控制是通過電壓頻率控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。這種控制技術(shù)的缺陷就是會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的振蕩情況，在控制的過程中，小范圍的電壓波動(dòng)，就有可能會(huì)使定子的電流波動(dòng)變化較大，這樣就可能會(huì)使電機(jī)過電流。其開環(huán)控制的線形圖如圖1：

（二）I/F運(yùn)行控制

I/F運(yùn)行控制主要是利用電流閉環(huán)來使電流達(dá)到穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。這種控制可以對(duì)轉(zhuǎn)矩的電流進(jìn)行直接的控制，能夠使電機(jī)在運(yùn)行的過程中振蕩的情況得到解決。這種控制技術(shù)其轉(zhuǎn)速是處于開環(huán)的，利用閉環(huán)來控制電流，這樣就能夠?qū)﹄姶呸D(zhuǎn)矩進(jìn)行很好的控制。

三、無位置傳感器控制中的中高速運(yùn)行控制

永磁同步電機(jī)在以中高速進(jìn)行運(yùn)行的過程中，定子繞組的電流和反電動(dòng)勢是相對(duì)來說較為好檢測到的，估算轉(zhuǎn)子的位置可以利用磁鏈?zhǔn)噶縼韺?shí)現(xiàn)，這種方法也比較簡單，但是這種方法對(duì)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)特別是定子電阻會(huì)相對(duì)較為敏感。在定子繞組中，三次諧波反電動(dòng)勢分量較為顯著，測量電路如圖2：

轉(zhuǎn)子的位置檢測可以通過三次諧波反電動(dòng)勢的過零點(diǎn)來體現(xiàn)，還可以通過鎖相環(huán)的連續(xù)信號(hào)來檢測轉(zhuǎn)子的位置，將這兩種結(jié)合進(jìn)行使用，能夠使轉(zhuǎn)子位置估算的更加準(zhǔn)確。

四、無位置傳感器控制技術(shù)中的全速運(yùn)行控制

無位置傳感器控制中的全速運(yùn)行控制一般是結(jié)合中高速運(yùn)行和低速運(yùn)行控制，通常是混合方法的使用。像磁鏈估計(jì)法和I/F控制法進(jìn)行結(jié)合，就是在轉(zhuǎn)子的位置檢測之后，使用I/F控制電機(jī)起動(dòng)。達(dá)到定量的轉(zhuǎn)速的時(shí)候，在能夠明顯的計(jì)算到定子電流和反電動(dòng)勢時(shí)，就使用磁鏈估計(jì)法來進(jìn)行無位置傳感器控制。這一過程中要注意開環(huán)轉(zhuǎn)到閉環(huán)控制的有效性，防止出現(xiàn)波動(dòng)的情況。

五、結(jié)束語

綜上所述，就可以看出來，無位置傳感器控制之所以能夠很好的對(duì)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，是因?yàn)槠淇刂萍夹g(shù)能夠比較準(zhǔn)確的檢測到轉(zhuǎn)子的位置，通過控制轉(zhuǎn)子位置來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而能夠?qū)﹄姍C(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種控制技術(shù)的系統(tǒng)可行性更高，而且因?yàn)橐恍┘夹g(shù)方法使用比較簡單，成本就比較低，是值得廣泛使用的。