一种永磁同步电机旋转变压器零位计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机旋转变压 器零位计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着国际社会对低碳经济和节能减排要求的日益提高，永磁同步电机传动系统凭 借其性能优势在伺服系统、电动汽车、轨道交通、采暖通风、石油、钻井、电梯、流程工业、船 泊推进、风力发电、航空航天和国防等诸多领域得到广泛的应用。
[0003] 决定永磁同步电机控制性能的关键因素为转子的位置和速度信息，因为转子位置 信息直接影响到交、直轴电流角度分配，进一步影响永磁同步电机工作时的功率因素及系 统的无功发热损耗及永磁同步电机去磁电流；直接影响反馈转矩的计算，使系统的出力受 到影响；同时，直接影响转速环，甚至在高精度的方波控制中，转速信号的精度直接影响着 三相电流的平衡度。因此，精准的位置和转速信号在整个永磁同步电机传动系统中尤为重 要。
[0004] 目前，永磁同步电机的位置和转速信息采集主要来自旋转变压器及对应的解码芯 片，旋转变压器通过检测自身零位与转子中心轴的角度差来检测转子实际转过的角度，而 控制中所需要的位置信息是定子静态坐标A轴与实际转子中心轴的角度，旋转变压器的起 始零点与定子静态坐标A轴之间存在角度差A 0，因此，必须在解码后的位置补偿上A 0 才是控制所需的位置信息，如果不消除△ 0引起的位置偏差，将在相同电流情况下，控制 电机处于正反方向旋转两种状态，实际电机发挥力矩存在大偏差，容易使得牵引系统产生 过流故障，同时，偏差较大使电机发挥相同力矩需要更多去磁电流，严重时会直接导致电机 转子失磁，直接降低系统的可靠性。因此，必须进行定子静态坐标A轴与旋转变压器零位之 间的夹角计算，即计算A 0。
[0005] 现有技术中，主要是通过采用串接分压电阻，并控制逆变器三相峭壁开关的通断 的方式，对定子静态坐标A轴与旋转变压器零位之间的夹角△ 0进行计算；或者从电机设 计角度及制造工艺的角度，将旋转变压器零位的位置安装与定子绕组A轴重合，从而消除 旋转变压器的起始零点与定子静态坐标A轴之间存在角度差△ 0等方式。由此可以看出， 现有技术的实现方式增加了硬件成本投入，通用性差，对电机生产制造的工艺要求高，且计 算的旋转变压器零位信息误差较大不能保证其精度。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种永磁同步电机旋转变压器零位计算方法，从软件编程的角度出 发，无需增加硬件成本的投入，就能实现精确的旋转变压器零位信息的计算。
[0007] 本发明提供了一种永磁同步电机旋转变压器零位计算方法，包括：
[0008] 获取永磁同步电机的给定电流Is_raf;
[0009] 获取永磁同步电机的反馈电流Is fdb;
[0010] 将所述给定电流ISMf与所述反馈电流I sfdb的误差A I s通过PI控制，输出误差电 压 Aus;
[0011] 根据所述给定电流13_#和所述误差电压Aus计算出参考电压幅值|U SMf| ;
[0012] 控制永磁同步电机的三相定子电压的合成电压值大于所述参考电压幅值|US refI?
[0013] 获取相位变化周期Ts，并在每个相位变化周期内依次给定K*60°的相位，其中： 0 < K〈6，K为整数；
[0014] 对每个相位变化周期Ts进行N次采样，获取每个采样时间T 2旋转变压器的输 出角度9 (N)，并计算出N次采样过程中旋转变压器输出角度的平均值0avOTage(k)，其中： N 彡 100;
[0015] 根据旋转变压器输出角度的平均值0aveMge(k)与给定K*60°的相位的差值，计算 出给定K*60°的相位时，旋转变压器零位角与定子静态坐标A轴的夹角A 0 (k);
[0016] 计算给定相位时旋转变压器零位角与定子静态坐标A轴的夹角A 0 (k)的平均 值，得到旋转变压器零位与定子静态坐标A轴的夹角A 0。
[0017] 优选地，所述获取永磁同步电机的给定电流IS Mf具体为：
[0018] 获取永磁同步电机的额定电流值IfctOT;
[0019] 获取逆变器的最大电流保护值IInv;
[0020] 根据公式Is_Mf= kf*min(IM(rtOT，IInv)计算得到永磁同步电机的给定电流I s_Mf# 中，kf为参考因子，kf= 0? 85~0? 9。
[0021] 优选地，所述获取永磁同步电机的反馈电流Is_fdb具体为：
[0022] 通过电流传感器采集永磁同步电机的A相电流14和B相电流I B;
[0023] 将所述A相电流14和B相电流IB通过克拉克变换出两相静态坐标下的电流I a和 Ip，根据公式
【主权项】
1. 一种永磁同步电机旋转变压器零位计算方法，其特征在于，包括： 获取永磁同步电机的给定电流 获取永磁同步电机的反馈电流Is_fdb; 将所述给定电流13_#与所述反馈电流I s_fdb的误差△ I s通过PI控制，输出误差电压 Aus; 根据所述给定电流13>和所述误差电压Aus计算出参考电压幅值IusrefI ; 控制永磁同步电机的三相定子电压的合成电压值大于所述参考电压幅值|US Mf| ; 获取相位变化周期Ts，并在每个相位变化周期内依次给定K*60°的相位，其中： O < Κ〈6，Κ为整数； 对每个相位变化周期Ts进行N次采样，获取每个采样时间T 2旋转变压器的输出角度 Θ (N)，并计算出N次采样过程中旋转变压器输出角度的平均值Θ avwage(k)，其中：N彡100 ; 根据旋转变压器输出角度的平均值9avOTage (k)与给定K*60°的相位的差值，计算出给 定Κ*60°的相位时，旋转变压器零位角与定子静态坐标A轴的夹角Λ Θ (k); 计算给定相位时旋转变压器零位角与定子静态坐标A轴的夹角△ Θ (k)的平均值，得 到旋转变压器零位与定子静态坐标A轴的夹角Λ Θ。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取永磁同步电机的给定电流I S Mf 具体为： 获取永磁同步电机的额定电流值Ifctar; 获取逆变器的最大电流保护值Ilnv; 根据公式Is_raf= kf*min(IM(rtOT，Ilnv)计算得到永磁同步电机的给定电流I s_Mf;其中，kf 为参考因子，kf= 0· 85~0· 9。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取永磁同步电机的反馈电流I s fdb 具体为： 通过电流传感器采集永磁同步电机的A相电流14和B相电流I B; 将所述A相电流14和B相电流IB通过克拉克变换出两相静态坐标下的电流I α和I e， 根据公式=ψα+^β计算出永磁同步电机的反馈电流Is fdb。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述给定电流I S Mf与所述反馈电 流Is_fdb的误差AIs通过PI控制，输出误差电压Au s具体为： 根据公式△?、= \ 1δ/、.计算出误差电压Λ us。 Λ1
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述给定电流I S Mf和所述误差 电压Aus计算出参考电压幅值|US Mf|具体为： 根据公式|[/^| =見/^ +Ar =足/^ +(Js_re/ - 计算出参考电压幅 值Ius I ;其中，艮为永磁同步电机的电阻值。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取相位变化周期T s具体为： 2R 获取永磁同步电机的直轴同步电感LjP交轴同步电感L ,，根据公式计 算出相位变化周期Ts;其中，M为电气时间常数，M = 5~10, Rs为永磁同步电机的电阻值。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出N次采样过程中旋转变压器输 出角度的平均值9av" age(k)的理论计算公式为：
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据旋转变压器输出角度的平均值 0avCTage(k)与给定K*60°的相位的差值，计算出给定K*60°的相位时，旋转变压器零位角 与定子静态坐标A轴的夹角Δ Θ (k)具体为： 当K = O时，Λ Θ (〇° ) = 0average(〇° )-〇° ; 当K= 1 时，Λ Θ (60。）= 0average(6〇。）-60。； 当1( = 2时，八0(12〇°)=0贿柳（12〇。）-12〇°; 当1( = 3时，八0(18〇°)=0贿柳（18〇°)-18〇°; 当K = 4时，Λ Θ (240° ) = 0average(24〇° )-240° ; 当 K = 5 时，Δ θ (300° ) = Θ average(300° )-300° 〇
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述计算给定相位时旋转变压器零位角 与定子静态坐标A轴的夹角Δ Θ (k)的平均值具体为： 根据公式：
f算出旋转变压器 零位与定子静态坐标A轴的夹角Δ Θ。
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机旋转变压器零位计算方法，通过采样永磁同步电机的反馈电流和给定电流，并将两者的差值加入PI控制计算出系统的误差电压，与前馈电压共同得出旋转变压器定位所需的参考电压幅值，同时通过不同的相位给定，计算出不同相位给定时的旋转变压器零位角与定子静态坐标A轴的夹角，最终通过角度平均，得到精确的旋转变压器零位信息。从软件编程的角度出发，无需增加硬件成本的投入，就能实现精确的旋转变压器零位信息的计算。
【IPC分类】H02P6-16
【公开号】CN104660118
【申请号】CN201510105574
【发明人】何亚屏, 许峻峰, 冯江华, 文宇良, 张朝阳, 肖磊, 刘雄, 石敏, 曾小凡
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月11日