一種永磁同步電機轉子位置角估算方法

何光俊

摘要：永磁同步電機轉子初始位置檢測方法[1]是無位置傳感器調速系統中一個必不可少的環節。轉子初始位置檢測失誤，會嚴重影響轉子位置的計算，以至無法正確完成電機控制的其他一系列算法，將造成電機運轉的紊亂，使之無法進入正常運行。高頻信號注入法主要是利用電機的凸極效應來檢測轉子位置。利用注入旋轉高頻信號引起電機d，q軸磁路飽和程度的差異，實現轉子位置的檢測，同時根據定子鐵心的非線性磁化特性判斷永磁體的N/S極極性（此方法更適用于凸極率較高的PMSM）;也可以利用脈振高頻信號注入結合查表法獲取轉子位置，并利用磁場飽和引起的電感量的變化來辨識磁極極性（此方法更適用于表面安裝的PMSM）。

關鍵詞：永磁同步電機;無速度傳感器;高頻電壓

0 引言

當電動機運行在零速和極低速時，有用信號的信噪比很低，通常難以提取，為了在包括零速在內的所有轉速下都能獲得精確的轉子位置信息，高頻信號注入法是解決該問題的一個有效方法。其基本思想是把一個高頻電壓（或電流）信號疊加到基波信號上，共同施加給電機三相繞組，相應的高頻電流（或電壓）中將攜帶轉子位置信息，通過帶通濾波器把這一電流（或電壓）信號抽取出來進行適當的處理，就能估計出轉子的位置[2-4]。目前，常用的注入信號主要包括旋轉高頻電壓信號[5-6]和脈振高頻電壓信號[7-8]。旋轉高頻電壓注入法主要用于凸極率較大的內置式三相PMSM的轉子位置估算，脈振高頻電壓信號注入法主要用于凸極率很小的甚至隱極型的表貼式三相PMSM轉子位置估計。

1 原理推導說明

凸極永磁電機由于磁路不均勻，dq軸電感不同，可以使用高頻電壓注入法估算轉子靜止時的位置。

在靜止坐標系中：

2 仿真分析

按照上述原理搭建仿真模型，電壓電流采樣周期20us，PWM載波周期為400us，采用svpwm控制策略。

3 結論

從以上仿真結果可以看出，隨著轉速的上升且穩定運行后，在不同的轉子初始位置，逐步逼近實際的轉子位置角，且轉子位置估計誤差也逐漸減小。由此說明，選取合適的控制器參數和高頻信號，本方法能夠滿足實際電機控制性能的需求。

參考文獻

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