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永磁同步电机初始磁极位置检测方法

胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华

【摘要】根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流

响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极

位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位

法.该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位.最后通

过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置.所提方法能

够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机.实验证明:该控制方法

结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性.

【期刊名称】《电力自动化设备》

【年(卷),期】2019(039)005

【总页数】7页(P194-200)

【关键词】永磁同步电机;电感饱和效应;磁极初始位置;空间电压矢量;位置环

【作者】胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华

【作者单位】宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波海天驱动有限公司,浙

江宁波315801;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,

浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211

【正文语种】中文

【中图分类】TM341;TM351

0引言

目前实现高性能的永磁同步电机调速需要获得精确的转子磁极位置。而绝对值编码

器由于存在成本偏高、体积较大等问题使其应用受限，现有控制系统中一般偏向于

采用增量式或旋转变压器的速度反馈方式。在采用增量式编码器的永磁同步电机系

统中，一旦编码器安装在电机轴上，其编码器零位，即Z脉冲信号产生位置与电

机转子磁极位置相对固定。控制系统需要预先知道两者的角度差，以便在出现Z

脉冲时对转子磁极位置进行校正。该角度值在首次运行前通常需要采用电机初始磁

极位置自学习的方法来获得。

对于永磁同步电机的初始磁极位置检测，主要可分为脉冲电压法和高频注入法2

类。其中脉冲电压法[1-3]利用电机磁路的饱和特性，通过对电机注入脉冲电压矢

量，并采集其相电流响应来有哪些信誉好的足球投注网站电机的转子位置。文献[4-5]针对凸极效应不明显

的表贴式电机，提出了一种基于磁路饱和效应的电压脉冲注入法，依次对电机注入

不同角度的电压脉冲序列，根据电机磁链饱和程度的差异造成的相电感不同，并通

过电流响应来判断转子位置。但该方法当电压矢量角细分到一定程度时，相电感差

异性就很小，受数控芯片采样精度等因素的制约，角度检测的准确性将受影响。基

于高频注入法、观测器等进行初始磁极检测的方法[6-12]，需要预先知道电机的相

关参数并采用观测器、模型自适应、锁相环等算法来提取包含转子位置信息的电流，

该类方法算法较为复杂。另外高频注入法要求注入信号的频率足够高才能忽略相电

阻的影响，但是信号的频率受控制器载波频率的限制而难以实现。

针对上述问题，本文提供一种由以下3个步骤实现的永磁同步电机初始磁极位置

的检测方法：①当电机静止时采用相电感的饱和效应获得转子磁极所在的角度扇

区，并根据恒压源作用下相电流响应来计算出大致的电角度，误差能控制在8°以

内；②在步骤①且有机械角度反馈的基础上，设定q轴电流给定量为0，d轴电

流矢量Id设定为2倍额定电流值，同时构建一个位置环，根据制动器打开后电机

的转动方向，反向移动给定电流矢量Id的角度，最终使电机快速平衡静止；③最

后利用电机负载不变的特性，减小给定d轴电流矢量Id至倍额定电流，直至电机

再次平衡，然后利用三角定理求出实际的电机负载和精确的电机磁极位置。磁极位

置学完后进行存储，用作下次的启动运行。

采用本文的检测方法可以准确检测出电机磁极的电角度，且该方法结构简单，易于

数控系统实现。该方法可用于带速度反馈的恒转矩负载下永磁电机初始磁极位置自

学习，对表贴式或内嵌式电机均有效，适用于电梯等位能型负载的应用场合。

1电感电流角度计算法

在永磁同步电机中，定子电流产生的磁链可以影响气隙磁链，从而进一步影响定子

铁芯的饱和程度。如图1(a)所示，当A相电流产生磁链ψa+的方向与转子永磁体

磁链ψr的方向基本相同时，定子磁链增加了铁芯的饱和程度，从而降低了相绕组

的电感量。图中θr为转子N极(即d轴)与A相轴线的夹角。在图1(b)中，当A

相反向电流产生的ψa-的方向与转子磁链ψr的方向基本相反时，定子铁芯的饱和

程度减少，以此增大相绕组的电感量。由于相绕组的电感量是随定子铁芯饱和程度

的改变而变化，因此可以