齊淑尊+王文彬

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高科技產(chǎn)物被廣泛應(yīng)用到了國家的生產(chǎn)建設(shè)和人們的日常生活里，其中永磁同步電機(jī)就是其中之一。因為永磁同步電機(jī)擁有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小，實用效率高，耗能量低等，所以受到很多生產(chǎn)建設(shè)相關(guān)人士的好評。但是，在永磁同步電機(jī)使用的過程中，還有需要注意的事項，尤其是永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測，它對永磁同步電機(jī)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。本篇文章就是通過對永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法方面的內(nèi)容進(jìn)行論述，并通過一些相關(guān)數(shù)據(jù)和公式，對其進(jìn)行簡要的分析，希望能對永磁同步電機(jī)在未來的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；轉(zhuǎn)子初始位置；高頻信號注入；磁路飽和效應(yīng)

在過去的發(fā)展過程中，人們建設(shè)與生產(chǎn)的時候會應(yīng)用到各種各樣的機(jī)械設(shè)備，尤其是電機(jī)的使用率比其他相關(guān)設(shè)備的使用率更高。但是傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)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(fā)展。但是永磁同步電機(jī)在現(xiàn)代社會發(fā)展中的出現(xiàn)，大大提高了相關(guān)事業(yè)的生產(chǎn)與建設(shè)水平。因為永磁同步電機(jī)的工作效率明顯比傳統(tǒng)電機(jī)的效率高，所以被廣泛的應(yīng)用在國家發(fā)展中的各個領(lǐng)域。但是永磁同步電機(jī)能否良好的運(yùn)作，與其轉(zhuǎn)子初始位置有著密不可分的聯(lián)系，要想良好的發(fā)揮永磁同步電機(jī)的作用，就要做好其轉(zhuǎn)子初始位置的檢測工作。

1 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的簡要概述

轉(zhuǎn)子的初始位置對永磁同步電機(jī)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，如果在永磁同步電機(jī)被應(yīng)用在某些工程建設(shè)或是某種產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，相關(guān)的監(jiān)測管理人員沒能及時的發(fā)現(xiàn)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的變化或者對轉(zhuǎn)子初始位置偏移不能進(jìn)行良好的預(yù)測，那么永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會發(fā)生反轉(zhuǎn)或是導(dǎo)致永磁同步電機(jī)失靈等狀況，一旦這樣的情況出現(xiàn)，不僅會對相關(guān)的建設(shè)或生產(chǎn)工作造成嚴(yán)重的影響，還會導(dǎo)致某些機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生連帶作用跟著一起失靈，從而造成生產(chǎn)或建設(shè)事故，更嚴(yán)重的還會造成人員傷亡。所以，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置相關(guān)的檢測人員一定要技術(shù)的處理轉(zhuǎn)子初始位置偏移的問題，保證相關(guān)工程能夠順利進(jìn)行以及工作人員的安全。

在相關(guān)科研人員的探索中曾發(fā)現(xiàn)，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置可以被一種叫絕對式光電編碼器的設(shè)備預(yù)知，但是使用這種設(shè)備會消耗大量的資金成本，而且設(shè)備的體積比較到，不僅對永磁同步電機(jī)的使用造成一定困擾，還會在一定程度上限制了其他相關(guān)設(shè)備的使用，所以這種設(shè)備沒有很好的被應(yīng)用。

針對以上的問題的解決方法是一種基于旋轉(zhuǎn)高頻信號注入的檢測方式，通過相應(yīng)的技術(shù)手段對高頻電壓上的信號進(jìn)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(jìn)行確定，此時需要進(jìn)一步測量的是三相電流響應(yīng)幅值的大小會隨著轉(zhuǎn)子的位置出現(xiàn)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(zhuǎn)子的位置，最后根據(jù)電機(jī)磁路上的飽和效應(yīng)的實際情況對電機(jī)轉(zhuǎn)子的N、S極性進(jìn)行理論上的分析。這種方法上的使用可以滿足電機(jī)啟動過程中不會出現(xiàn)任何“振動”可以保障電機(jī)啟動過程中不會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的情況。

2 轉(zhuǎn)子初始位置檢測原理

對于正弦波永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁極經(jīng)精心加工，其切割定子繞組時產(chǎn)生正弦波感應(yīng)電勢。實際應(yīng)用較多的光電編碼器是復(fù)合式光電編碼器，復(fù)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(zhuǎn)向，Z脈沖每轉(zhuǎn)一個，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。U，V，W信號用于永磁同步伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁極的初始定位。

值得注意的是：復(fù)合式光電編碼器的極對數(shù)要與電機(jī)的極對數(shù)一致，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周編碼器U，V，W相中任一相就發(fā)出與極對數(shù)相同的脈沖個數(shù)。使用一臺四通道的示波器可得到轉(zhuǎn)子初始位置與U，V，W相電平組合的對應(yīng)關(guān)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(jī)前端反時鐘方向轉(zhuǎn)動電機(jī)。第一行正弦波為電機(jī)作為發(fā)電機(jī)時U相和V相繞組間的感應(yīng)電勢，第2，3，4行是編碼器U，V，W相發(fā)出的方波電平信號，橫軸表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度。根據(jù)U，V，W相的電平高低的組合可知轉(zhuǎn)子的區(qū)間范圍。根據(jù)U，V，W的3位信號，可以將轉(zhuǎn)子位置確定在60。電角度的范圍里。，當(dāng)U，V，W讀數(shù)在100時，則取其角度為0-60。區(qū)間的中間位置（即300），這樣轉(zhuǎn)子的位置誤差不會超過300電角度。

3 實驗與結(jié)果分析

為了驗證所提供的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)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(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)為研究對象，進(jìn)行了大量實驗。電機(jī)參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)以TMS320F2812為核心，主電路采用三相電壓源逆變器，向電機(jī)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(yīng)波形，從中提取出三相電流響應(yīng)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(jù)式（19）可求得θ=IA-IBIA-IC×30°+150°=179.39°。根據(jù)磁路飽和效應(yīng)，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(yīng)I1

4 結(jié)論

對凸極同步電機(jī)的模型進(jìn)行分析，得到了一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法，通過向電機(jī)注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓信號，從三相高頻電流響應(yīng)幅值中提取出轉(zhuǎn)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(yīng)區(qū)分NS極性。轉(zhuǎn)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(zhǔn)確度超過了由3個光電開關(guān)構(gòu)成的分辨率為60°的絕對式光電編碼器的分辨準(zhǔn)確度±30°，因而完全可應(yīng)用于工程實際中，大量實驗也表明該誤差對永磁同步電機(jī)的起動控制影響可忽略，永磁同步電機(jī)在起動過程中不會發(fā)生反轉(zhuǎn)或“抖動”現(xiàn)象，驗證了該方法對永磁同步電機(jī)初始位置檢測具有參考意義，并具有較好的應(yīng)用價值。

結(jié)束語

通過文章上述內(nèi)容的簡單介紹可以了解到，轉(zhuǎn)子初始位置的檢測對永磁同步電機(jī)的運(yùn)行有著非常大的影響，如果不能對其進(jìn)行有效的檢測與管理，那么就會對使用到永磁同步電機(jī)的相關(guān)建設(shè)和生產(chǎn)內(nèi)容造成困擾，嚴(yán)重時還會造成經(jīng)濟(jì)和人力資源的損失。所以，在未來的發(fā)展過程中，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的相關(guān)檢測人員，在檢查的過程中，一定要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌凑展ぷ髁鞒踢M(jìn)行加測，并在檢測到問題的同時，及時的加以處理。另外，相關(guān)工作人員還要在保證工作質(zhì)量和工作效率的同時，不斷地完善自身的工作水平，加強(qiáng)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與理解，為永磁同步電機(jī)在未來的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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