一种静止变频器双重转子位置计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种静止变频器的转子位置计算方法，尤其涉及一种静止变频器的双 重转子位置计算方法。
【背景技术】
[0002] 静止变频器是一种电流源型同步电机自控式驱动系统，准确的电机转子位置检 测，直接影响静止变频器能否正常驱动电机启动。随着测量技术、控制技术的不断发展，越 来越多的静止变频器产品开始使用无传感器的转子位置检测方法。这有效减少了用户的维 护工作量，也降低了产品成本。无传感器的转子位置检测算法是现代静止变频器的关键技 术之一，也是一个技术难点，特别是转子初始位置的检测。
[0003] 为了检测电机的转子初始位置，控制系统通常采用如下方法：给电机转子绕组施 加阶跃的励磁电流指令，并从测量到的机端感应电压中提取电机初始转子位置。然而，此机 端感应电压信噪比很低，需要进行专门的信号处理，以提取转子位置信息。
[0004] 此外，由静止变频器的工作原理知，定子电流形成的磁场有6个可能的电气位置， 如图1中的S1~S6所示。为了保证初次加速转矩足够大，需要根据初始转子位置，合理选 择初次触发的机桥阀组号（VT1~VT6)，使得定子电流形成的磁场￡超前于转子磁场&，且 二者有合适的夹角。
[0005] 如图1所示，错误的转子初始位置判断，会导致机组启动失败，甚至反向转动。某 些特殊应用场合（如大型燃气轮机机组启动），这有可能造成机械结构的损坏（如盘车齿轮 机构），应避免出现。然而，常见的无传感器转子位置检测方法，存在计算方法单一、无多种 算法相互校验等问题。
[0006] "ZL201010539868. 0 "提出了一种同步电机转子静止位置检测方法，未涉及磁通观 测方法和双重转子位置计算方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是：采用改进磁通观测器和线电压直接滤波两种算法，处理低信噪 比的机端感应电压，提取电机初始转子位置。通过确保两次初次触发阀组号相同，防止转子 初始位置误判导致的机组启动反转。
[0008] 本发明采取的技术方案是：静止变频器双重转子位置计算方法，采用如下两种方 法从低信噪比的机端感应电压中辨识转子位置。
[0009] 方法一，如图2所示，对原始机端感应线电压信号进行数字滤波及相位补偿，以常 用公式①得到电机初始转子位置Θi。根据启动转矩最大原则，选定初次施加的定子绕组磁 场位置为I,:，机桥初次触发阀组号为VT"i、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)，如图4所示。
[0010]
[0011] 式①中，uBe、ueA、uAB为滤波处理后的机端线电压值。
[0012] 方法二，对原始机端感应电压信号进行积分，计算定子磁通。为抑制零漂导致的积 分偏置，采用式②所示算法，算法框图如图3所示。
[0013]
[0014] 其中u。、up为αβ轴机端感应电压分量
λ_根据励磁电流阶跃值整定。根据常用公式③ 计算得到电机初始转子位置Θ2，以启动转矩最大原则选择定子绕组磁场位置为，机桥 初次触发阀组号为VTn2、VI^，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)
[0015]
[0016] 若VTnl、VUPVT 相同，则判定转子位置计算成功，解锁系统，并启动机桥初 次触发，如图4(a)所示。否则，判定为转子位置计算失败，终止本次启动，如图4(b)、4(c)所示。
[0017] 本发明的有益效果是：采用两种不同的信号处理方法提取转子初始位置，并对两 方法的计算结果相互校核，可有效避免机组启动时出现的反向转动，提高了大型同步电机 启动的安全性。本算法不依赖于额外的硬件电路，整定参数较少，易于工程应用。
【附图说明】
[0018] 图1是静止变频器初次触发示意图；
[0019] 图2是静止变频器转子位置检测原理示意图；
[0020] 图3是电压积分的磁通算法框图；
[0021 ] 图4是双重转子初始位置判定规则示意图。
[0022] 图 1 中：
[0023] CLS为网桥变流器，6脉波晶闸管变流器；
[0024]CMS为机桥变流器，6脉波晶闸管变流器；
[0025]id为回路直流电流；
[0026]VI\~VT6为机桥晶闸管编号。
[0027]图 2 中：
[0028]ueA、uBe、uAB为发电机端感应电压，已滤波处理；
[0029]图 3 中：
[0030] ua、U{!为三相机端感应电压在αβ轴上的分解量；
[0031]Φα、Φe为定子磁通在αβ轴上的分解量；
[0032]ω。为一阶低通滤波器截止频率。
[0033]图 4 中：
[0034]Sl、S2、S3、S4、S5、S6为空间上，定子电流形成的磁场轴线的可能方向；
[0035] θρΘ2为两种方法分别计算出的转子位置与A相绕组轴线的夹角；
[0036] 为两种方法判别出的，初始定子绕组磁场施加的位置。
【具体实施方式】[0037] 实施例1
[0038] 本静止变频器双重转子位置计算方法，包括以下步骤：
[0039] (1)当静止变频器接收到启动命令，给机组励磁系统施加阶跃指令，并通过机桥电 压传感器实时测量机端电压。
[0040] (2)对低信噪比的三相机端感应电压，采用以下两种方进行处理，并从中辨识转子 位置。
[0041] 方法一，对该三相线电压信号进行数字滤波，滤波器传递函数为G(z) =Fi(z) F2(z)。其中Fdz)为低通滤波器，F2(z)具有相位超前特性，确保G(z)对极低频段的相位延 迟较小。将滤波后的线电压代入常用公式①，计算电机初始转子位置。根据启动转矩最 大原则，选定初次施加的定子绕组磁场位置为，机桥初次触发阀组号为VTnl、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)，如图 4 所示。
[0042]
[0043] 式①中，uBe、ueA、uAB为滤波处理后的机端线电压值。
[0044] 方法二，根据式②对原始三相电压采样值进行abc-αβ变换，得到αβ轴的机端 感应电压分量ua、up。
[0045]
[0046] 然后，以电压模型法进行定子磁通计算，由于电机启动前定子电流为零，可以直接 对机端电压采样信号进行积分，如式③所示。
[0047]
[0048] 为了抑制直接积分导致零漂导致的积分偏置，并考虑到存在式④所示的关系，可 采用式⑤所示算法，如图3所示。
[0049]
[0050]
[0051] nax 根据 励磁电流阶跃值整定，在计算转子初始位置时ω。取60rad/s。根据常用公式⑥计算得到电 机初始转子位置Θ2，以初始启动转矩最大原则选择定子绕组磁场位置为，机桥初次触 发阀组号为VTn2、VI，（η= 1，3, 5m= 2, 4, 6)
[0052]
[0053] (3)对上述两种计算结果进行校验。若01与Θ2存在偏差，而VTnl、VUPVTn2、 VT&相同，表示初次施加的定子绕组磁场位置相同，可判定转子位置计算成功，解锁整流桥， 并启动机桥初始触发，如图4 (a)所示。
[0054] 若VTnl、VUPVT不同（如θρΘ2的值偏差较大），为防止第一次施加的加 速转矩过小或反向，应判定为转子位置计算失败，并终止本次启动，如图4(b)、4(c)所示。
[0055] 本发明的有益效果是：采用两种不同的信号处理方法提取转子初始位置，并对两 方法的计算结果相互校核，可有效避免机组启动时出现的反向转动，提高了大型同步电机 启动的安全性。本算法不依赖于额外的硬件电路，整定参数较少，易于工程应用。
【主权项】
1. 一种静止变频器双重转子位置计算方法，其特征是： (1) 电机启动前施加阶跃励磁电压，实时采样机端三相感应电压，并对采样信号进行如 下两种处理：数字滤波处理、以电压模型法求定子磁通； (2) 依据滤波后线电压与定子磁通观测值，分别计算电机初始转子位置、选择机桥初次 触发阀组号，通过对比两阀组号的异同，来判定转子初始位置计算是否成功。2. 根据权利要求1所述的静止变频器双重转子位置计算方法，其特征是：采用如式② 所示方法对电压进行积分，得到定子磁通的α β轴分量φα和φ其中ua、up为α β轴机端电压分量， 为幅值上限，ω。为 一阶低通滤波器截止频率。3. 根据权利要求1所述的静止变频器双重转子位置计算方法，其特征是：根据计算得 到的两个转子位置，分别确定机桥初次触发阀组号。若两者相同，认为转子初始位置计算成 功；否则判定为计算异常，中止机组启动过程。
【专利摘要】本发明公开了一种静止变频器双重转子位置计算方法，(1)电机启动前施加阶跃励磁电压，实时采样机端三相感应电压，并对采样信号进行如下两种处理：数字滤波处理、以电压模型法求定子磁通；(2)依据滤波后线电压与定子磁通观测值，分别计算电机初始转子位置、选择机桥初次触发阀组号，通过对比两阀组号的异同，来判定转子初始位置计算是否成功。本发明采用两种不同的信号处理方法提取转子初始位置，并对两方法的计算结果相互校核，可有效避免机组启动时出现的反向转动，提高了大型同步电机启动的安全性。本算法不依赖于额外的硬件电路，整定参数较少，易于工程应用。
【IPC分类】H02P6/18
【公开号】CN105281617
【申请号】CN201510650653
【发明人】刘腾, 石祥建, 闫伟, 刘为群, 边登鹏, 娄继献
【申请人】南京南瑞继保电气有限公司, 大唐国际发电股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月9日