永磁同步电机转子初始位置检测方法

齐淑尊+王文彬

摘 要：随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高科技产物被广泛应用到了国家的生产建设和人们的日常生活里，其中永磁同步电机就是其中之一。因为永磁同步电机拥有很多优点，如体积小，实用效率高，耗能量低等，所以受到很多生产建设相关人士的好评。但是，在永磁同步电机使用的过程中，还有需要注意的事项，尤其是永磁同步电机转子初始位置的检测，它对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用。本篇文章就是通过对永磁同步电机转子初始位置检测方法方面的内容进行论述，并通过一些相关数据和公式，对其进行简要的分析，希望能对永磁同步电机在未来的发展提供帮助。

关键词：永磁同步电机；转子初始位置；高频信号注入；磁路饱和效应

在过去的发展过程中，人们建设与生产的时候会应用到各种各样的机械设备，尤其是电机的使用率比其他相关设备的使用率更高。但是传统的电机设备比较老化，工作效率也比较低，同时还会消耗大量的电能，影响国家的整体发展。但是永磁同步电机在现代社会发展中的出现，大大提高了相关事业的生产与建设水平。因为永磁同步电机的工作效率明显比传统电机的效率高，所以被广泛的应用在国家发展中的各个领域。但是永磁同步电机能否良好的运作，与其转子初始位置有着密不可分的联系，要想良好的发挥永磁同步电机的作用，就要做好其转子初始位置的检测工作。

1 永磁同步电机转子的简要概述

转子的初始位置对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用，如果在永磁同步电机被应用在某些工程建设或是某种产品生产的过程中，相关的监测管理人员没能及时的发现永磁同步电机转子初始位置的变化或者对转子初始位置偏移不能进行良好的预测，那么永磁同步电机的转子就會发生反转或是导致永磁同步电机失灵等状况，一旦这样的情况出现，不仅会对相关的建设或生产工作造成严重的影响，还会导致某些机械设备产生连带作用跟着一起失灵，从而造成生产或建设事故，更严重的还会造成人员伤亡。所以，永磁同步电机转子初始位置相关的检测人员一定要技术的处理转子初始位置偏移的问题，保证相关工程能够顺利进行以及工作人员的安全。

在相关科研人员的探索中曾发现，永磁同步电机转子的初始位置可以被一种叫绝对式光电编码器的设备预知，但是使用这种设备会消耗大量的资金成本，而且设备的体积比较到，不仅对永磁同步电机的使用造成一定困扰，还会在一定程度上限制了其他相关设备的使用，所以这种设备没有很好的被应用。

针对以上的问题的解决方法是一种基于旋转高频信号注入的检测方式，通过相应的技术手段对高频电压上的信号进行低通滤波上的处理，通过这种技上的测量以后，就可以对三相高频电压幅值进行确定，此时需要进一步测量的是三相电流响应幅值的大小会随着转子的位置出现怎样的变化，通过一系列测量上的步骤以后，就可以精确的得到转子的位置，最后根据电机磁路上的饱和效应的实际情况对电机转子的N、S极性进行理论上的分析。这种方法上的使用可以满足电机启动过程中不会出现任何“振动”可以保障电机启动过程中不会出现反转的情况。

2 转子初始位置检测原理

对于正弦波永磁电机，转子磁极经精心加工，其切割定子绕组时产生正弦波感应电势。实际应用较多的光电编码器是复合式光电编码器，复合式光电编码器是一种带有简单磁极定位功能的增量式光电编码器，它输出两组信息，U，V，W，A，B，Z及反相的U-V-W-A-B-Z一信号。一组用于检测磁极位置，带有绝对信息功能，三路彼此相差120。的、占空比为0.5的三路脉冲信号U，V，W；另一组完全同增量式光电编码器，输出三路方波脉冲A，B和Z0A，B两路脉冲相位差900，这可以判断转向，Z脉冲每转一个，用于基准点定位。U，V，W信号用于永磁同步伺服系统转子磁极的初始定位。

值得注意的是：复合式光电编码器的极对数要与电机的极对数一致，转子旋转一周编码器U，V，W相中任一相就发出与极对数相同的脉冲个数。使用一台四通道的示波器可得到转子初始位置与U，V，W相电平组合的对应关系。通道1探针连接U相，地连接V相；通道2，3，4探针分别连接编码器的U，V，W相，地连接编码器的地；编码器加上电源，面对电机前端反时钟方向转动电机。第一行正弦波为电机作为发电机时U相和V相绕组间的感应电势，第2，3，4行是编码器U，V，W相发出的方波电平信号，横轴表示转子转过的电角度。根据U，V，W相的电平高低的组合可知转子的区间范围。根据U，V，W的3位信号，可以将转子位置确定在60。电角度的范围里。，当U，V，W读数在100时，则取其角度为0-60。区间的中间位置（即300），这样转子的位置误差不会超过300电角度。

3 实验与结果分析

为了验证所提供的永磁同步电机转子初始位置检测方法的正确性，以一台额定功率为11kW，额定电压为380V的内嵌式永磁同步电机为研究对象，进行了大量实验。电机参数。控制系统以TMS320F2812为核心，主电路采用三相电压源逆变器，向电机注入的高频电压信号幅值大小为80V，频率为400Hz。θ=0°（即360°）时的三相高频电流响应波形，从中提取出三相电流响应幅值大小分别为IA=2.41A，IB=1.45A，IC=1.43A，IA>IB>IC，可知150°<θ<180°，再根据式（19）可求得θ=IA-IBIA-IC×30°+150°=179.39°。根据磁路饱和效应，先后对θ和（θ+π）处注入相同时间和幅值的脉冲电压，其电流响应I1

4 结论

对凸极同步电机的模型进行分析，得到了一种永磁同步电机转子初始位置检测方法，通过向电机注入高频旋转电压信号，从三相高频电流响应幅值中提取出转子位置信息。再通过向检测出的d轴两个方向分别注入相同时间和幅值的脉冲电压，利用磁路饱和效应区分NS极性。转子初始位置检测误差Δθ<6°（电角度），平均检测误差约为|Δθ|≈2.97°<3°，检测准确度超过了由3个光电开关构成的分辨率为60°的绝对式光电编码器的分辨准确度±30°，因而完全可应用于工程实际中，大量实验也表明该误差对永磁同步电机的起动控制影响可忽略，永磁同步电机在起动过程中不会发生反转或“抖动”现象，验证了该方法对永磁同步电机初始位置检测具有参考意义，并具有较好的应用价值。

结束语

通过文章上述内容的简单介绍可以了解到，转子初始位置的检测对永磁同步电机的运行有着非常大的影响，如果不能对其进行有效的检测与管理，那么就会对使用到永磁同步电机的相关建设和生产内容造成困扰，严重时还会造成经济和人力资源的损失。所以，在未来的发展过程中，永磁同步电机转子初始位置的相关检测人员，在检查的过程中，一定要认真严谨的按照工作流程进行加测，并在检测到问题的同时，及时的加以处理。另外，相关工作人员还要在保证工作质量和工作效率的同时，不断地完善自身的工作水平，加强相关知识的学习与理解，为永磁同步电机在未来的发展奠定良好的基础。

参考文献

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