一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法
【专利摘要】本发明涉及一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，是永磁同步电机驱动器向永磁同步电机通入固定方向的小电流使电机转动，通过电机转动的正反转方向来判断驱动器与电机的动力线的连接相序，然后对采集的转子电角度进行校正，从而让电机正常地运转；本发明不需要知道驱动器与电机动力线的连接相序，可自行判断连接相序；当连接相序不正确时，不需要重新连接动力线；因此，在电动汽车三相永磁同步电机驱动器研发或电动汽车的维修过程中，技术人员可随意连接驱动器和电机的动力线，这样就减少了线路连接及相序测试等繁琐的工作，能大幅度提高研发和维修工作效率，有效地避免由相序错误而导致地电机或控制器烧毁事故。
【专利说明】—种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机驱动器动力线相序接错的校正方法，特别涉及一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法。
【背景技术】
[0002]由于电动汽车无污染零排放，并且可以从多种能源获得电力，因此电动汽车越来越受到人们的关注。交流永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高等优点，已成为电动汽车驱动的首选电机之一。目前，对纯电动汽车用的永磁同步电机进行控制，是通过控制电机的三相定子电流以合成定向空间磁场。为了有效地控制磁场矢量的方向，需要准确的测量转子位置。
[0003]对于永磁同步电机矢量控制，需要一个较为精确的初始位置角并且时刻采集转子电角度。当电动汽车三相永磁同步电机驱动器的动力线与电机动力线连接相序确定时，此时可以得到一个转子初始位置；但是当连接相序发生改变时，此时需要重新整定出一个转子初始位置。
[0004]如果不重新整定转子初始位置直接运行，可能会导致电机飞车或电机堵转以致损坏电机的情况。因此永磁同步电机驱动器的动力线与电机动力线必须按一定的相序连接。如果相序连接不确定，必须对转子初始位置角度进行整定或重新连接动力线。在初始位置整定过程中，传统方法是反复启动电机和重新连接动力线，这样增加了许多繁琐的整定工作，从而使研发周期或维修周期变长，且效率低下。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于，提供一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，这种方法可以通过永磁同步电机驱动器向永磁同步电机通入固定方向的小电流使电机略微转动，通过电机转动的正反转方向来判断驱动器与电机动力线的连接相序，然后根据判断出来的相序对转子初始角度和采集的转子电角度进行校正，从而使电机正常地运转。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于校正步骤如下: A，设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值；
B，通过判断电机的旋转方向来判断驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的相序接法，判断方式如下:
(1)启动电机后，如果电机晃动几下后在某个位置停下或不转，则相序接法属于反向接
法;
(2)启动电机后,如果电机反方向旋转(这个反方向旋转是指什么反方向？是否也是由电机驱动器及编码器决定)，则相序接法属于同向接法；
C，根据判断出的驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的相序接法，对采集到的转子电角度进行一定的校正，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机；
D，重复以上步骤，不断校正采集到的转子电角度，直到电机能够正方向运转为止。
[0007]所述驱动器动力线端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步电机动力线端子包括端子U、端子V、端子W，驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子连接相序总共有六种，其中只有一种是正确相序，其余五种均是错误相序，所述正确相序为:端子A连接端子U，端子B连接端子V，端子C连接端子W ;其他五种连接相序包括:端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子
B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V均为错误相序。
[0008]所述五种错误相序包括反向接法和同向接法。
[0009]反向接法，包括三种接法:
端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的连接相序与正确相序是正好相反的，这三种错误相序之间互差120度电角度；
同向接法，包括两种接法:
端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V ；
这两种错误相序与正确相序互差120度电角度。
[0010]步骤C中所述校正的具体过程是:
一.当电机的相序接法是反向接法时，将采集的转子电角度取反后加上60度电角度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机；
(I)如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，校正方法是将采集的转子电角度取反后加上60度；
(2 )如果电机反方向旋转，则将采集到的电角度取反后加上180度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机。如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，校正方法是将采集到的电角度取反后加上180度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，校正方法是将采集到的电角度取反后加上300度；
二.当电机的相序接法是同向接法时，则将采集到的电角度减去120度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机；如果电机正方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，校正方法是将采集到的电角度减去120度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V，校正方法是将采集到的电角度减去240度。
[0011]所述永磁同步电机驱动器向电机通入固定方向的小电流，所述小电流产生的定子合成磁场在转子q轴方向，使电机正方向旋转；该正方向是顺时针方向或逆时针方向，由电机驱动器及编码器决定。
[0012]所述固定方向的小电流的产生是通过空间矢量脉宽调制产生。
[0013]所述使电机转动起来的最低电压值Uq通过park逆变换和空间矢量脉宽调制产生。
[0014]本发明的有益效果如下:
本发明可以通过永磁同步电机驱动器向永磁同步电机通入固定方向的小电流使电机略微转动，通过电机转动的正反转方向来判断驱动器与电机动力线的连接相序，然后根据判断出来的相序对转子初始角度和采集的转子电角度进行校正，从而使电机正常地运转；本发明不需要知道驱动器与电机的动力线的连接相序，可以自行判断驱动器与电机动力线的连接相序；当连接相序不正确时，不需要重新连接动力线；因此，在电动汽车三相永磁同步电机驱动器研发或电动汽车的维修过程中，技术人员可随意连接驱动器和电机的动力线，这样就减少了线路连接及相序测试等繁琐的工作，能大幅度提高研发和维修工作效率，有效地避免由相序错误而导致地电机或控制器烧毁事故。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12是本发明的相序
接法为端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V时定子磁场合成情况及转子在不同的位置的转动情况示意图；
图13是本发明的相序接法为端子A、端子B、端子C分别对应于对应于端子U、端子W、端子V转子转动趋势图；
图14是本发明的相序接法为端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U时在O度电角度处定子磁场的示意图；
图15是本发明的相序接法为正确相序下在O度电角度处定子磁场的示意图；
图16是本发明的相序接法为端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U时在30度电角度处定子磁场的示意图；
图17是本发明的相序接法正确相序下在30度电角度处定子磁场的示意图；
图18是本发明的校正方法的具体实施流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和实施例对本发明作比较详细地说明。
[0017]在本发明的方法步骤中，需要根据驱动器与电机动力线的连接相序，对采集的转子电角度进行一定的校正。为了进一步理解上述校正方法，下面通过永磁同步电机的转子磁场和定子磁场的相互作用来推导转子电角度的具体校正方法。
[0018]转子电角度校正方法的推导过程:
所述驱动器动力线端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步电机动力线端子包括端子U、端子V、端子W，驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子连接相序总共有六种，其中只有一种是正确相序，其余五种均是错误相序，所述正确相序为:端子A连接端子U，端子B连接端子V，端子C连接端子W ;其他五种连接相序包括:端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V均为错误相序。
[0019]假设电机按逆时针旋转的方向为正方向，那么在逆时针方向上电机定子绕组U相超前V相120度，V相超前W相120度，W相超前V相120度。
[0020]驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的连接相序的反向接法，包括
二种接法:
端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W ；
驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的连接相序的同向接法，包括两种接法:
端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U ；
端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V。
[0021]首先来分析反向接法中的端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的接法，其余两种接法的分析过程类似。
[0022]假如转子所在的初始电角度为O度，此时给定开环电压值Ud=0，Uq=I ( I代表使电机转动的最低电压值)，经过park逆变换，可得Ua=0，Ub=0.866，Uc=-0.866，经过矢量空间调制技术后施加在电机定子上的电压是Ua=0，Ub=0.866，Uc=-0.866。如果按正常的接法ABC对应UVW，则产生的定子磁场在q轴(90度方向)，转子会逆时针旋转。但是按端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的接法，定子磁场产生在270度方向，如图1中WS所示。在这种情况下，电机顺时针旋转。
[0023]假设转子所在的初始电角度为30度，给定开环电压值Ud=0，Uq=I，经过park逆变换后，可得Ua=-0.5，Ub=I，Uc=-0.5，按端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的接法，定子磁场产生在240度方向，如图2中WS所示。这种情况下，电机顺时针旋转。
[0024]同理可推出转子所在初始位置为60度、90度、120度、150度、180度、210度、240度、270度、300度和330度的情况，如图3到图12所示。
[0025]从图1到图12中，可以总结得出:当相序接法为端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V时，在整个360度电角度范围内，电机转子将转向两个平衡位置，210度与240度之间的位置，30度与60度之间的位置，如图13所示。在这种相序接法的情况下，电机会转动几下后停止在平衡位置。端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的相序接法与正确接法端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子V、端子W的顺序相反，因而采集的实际转子电角度是按正常接法采集的，要想将定子磁场合成在q轴位置的话，需要将采集的转子电角度取反后再加上180度。以转子所在位置330度的情况为例来说明在该相序下的电角度校正方法，如图12所示。以电角度330度做park逆变换，可得Ua=0.5，Ub=0.5，Uc=-1,合成的定子磁场在300度电角度处。如果将电角度取反再加上180度即以-150度做park逆变换，可得Ua=0.5,Ub=-1,Uc=0.5，合成的定子磁场在60度电角度处即q轴。同理可知，在其它电角度处，将采集的转子电角度取反后加上180度，最终合成的定子磁场在q轴处。因此在端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的相序接法的情况下，角度的校正方法是将采集的转子电角度取反后加上180度。
[0026]另外两种反向接法，与端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的接法相比，顺序相同，但互差了 120度电角度。这两种相序接法的现象也是电机转动几下后停在某个平衡位置。同理可以推出端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U和端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W这两种相序接法的角度校正方法:
在端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U的相序接法的情况下，角度的校正方法是将采集的转子电角度取反后加上60度。
[0027]在端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W的相序接法的情况下，角度的校正方法是将采集的转子电角度取反后加上300度。
[0028]对于两种同向接法:端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U和端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V，与正确接法互差120度。
[0029]下面以端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U这种相序接法为例来分析两种同向接法的角度校正方法。
[0030]以转子初始角度在O度和30度为例来说明转子的转动情况。
[0031]假如转子所在的初始电角度为O度，此时开环给定Ud=O，Uq=I经过park逆变换，可得Ua=-0，Ub=0.866，Uc=-0.866。按端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U的接法，定子磁场产生在210度方向，如图15中的。图14为正确接法，图15为端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U的接法。
[0032]假如转子所在的初始电角度为30度，此时开环给定Ud=0，Uq=I经过park逆变换，可得Ua=-0.5，Ub=I, Uc=-0.5。按端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U的接法，定子磁场产生在240度方向，如图17中的WS所示。图16为正确接法，图17为端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U接法。
[0033]同理可推出转子初始位置在其它电角度的情况。从图14-图17可以看出，与正确相序接法相比，这种相序接法相当于三相坐标ABC在逆时针方向旋转了 120度，合成的定子磁场也逆时针方向旋转了 120度。电机旋转方向也变为顺时针旋转。因此可得，端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U这种相序接法的角度校正方法是将采集的转子电角度减去120度。角度校正后，合成的定子磁场与正确相序接法的情况是完全一样。同理可得端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V接法的现象也是电机顺时针旋转，且电角度校正方法是将采集的转子电角度减去240度。
[0034]从上述推导过程可以得到五种错误相序接法的全部校正方法。因此，可以得出本发明公开的校正方法的具体实施步骤，如图18所示:
a、给定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最小电压；
b、通过判断电机的旋转方向来判断驱动器与电机动力线的相序:
(1)如果电机晃动几下后在某个位置停下或不转，则相序接法属于反向接法；
(2)如果电机反方向旋转，则相序接法属于同向接法。
[0035]C、如果相序接法是反向接法，则将采集的转子电角度取反后加上60度电角度，然后再按步骤a给定开环电压值。[0036](I)如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，校正方法是将采集的转子电角度取反后加上60度；
(2)如果电机反方向旋转，则将采集到的电角度取反后加上180度，然后再按步骤a给定开环电压值；如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，校正方法是将采集到的电角度取反后加上180度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，校正方法是将采集到的电角度取反后加上300度；
d、如果相序接法是同向接法，则将采集到的电角度减去120度，然后按步骤a给定开环电压值；如果电机正方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，校正方法是将采集到的电角度减去120度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V，校正方法是将采集到的电角度减去240度。
【权利要求】
1.一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于校正步骤如下: A，设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值； B，通过判断电机的旋转方向来判断驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的相序接法，判断方式如下: (1)启动电机后，如果电机晃动几下后在某个位置停下或不转，则相序接法属于反向接法; (2)启动电机后，如果电机反方向旋转，则相序接法属于同向接法； C，根据判断出的驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子的相序接法，对采集到的转子电角度进行一定的校正，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机； D，重复以上步骤，不断校正采集到的转子电角度，直到电机能够正方向运转为止。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于:所述驱动器动力线端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步电机动力线端子包括端子U、端子V、端子W，驱动器动力线端子与三相永磁同步电机动力线端子连接相序总共有六种，其中只有一种是正确相序，其余五种均是错误相序，所述正确相序为:端子A连接端子U，端子B连接端子V，端子C连接端子W ;其他五种连接相序包括:端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V均为错误相序。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于，所述五种错误相序包括反向接法和同向接法，其中， 反向接法，包括三种接法: 端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V ； 端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U ； 端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W ； 端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V的连接相序与正确相序是正好相反的，这三种错误相序之间互差120度电角度； 同向接法，包括两种接法: 端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U ； 端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V ； 同向接法的两种错误相序与正确相序互差120度电角度。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于步骤C中所述校正的具体过程是: A.当电机的相序接法是反向接法时，将采集的转子电角度取反后加上60度电角度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机； (I)如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子V、端子U，校正方法是将采集的转子电角度取反后加上60度；(2 )如果电机反方向旋转，则将采集到的电角度取反后加上180度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机； 如果电机正方向旋转，则表示驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子U、端子W、端子V，校正方法是将采集到的电角度取反后加上180度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子U、端子W，校正方法是将采集到的电角度取反后加上300度； B.当电机的相序接法是同向接法时，则将采集到的电角度减去120度，然后再设定开环电压值Ud为零，Uq为使电机转动起来的最低电压值，启动电机；如果电机正方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接法是端子A、端子B、端子C分别对应于端子V、端子W、端子U，校正方法是将采集到的电角度减去120度；如果电机仍然是反方向旋转，则表明驱动器与电机动力线接端子A、端子B、端子C分别对应于端子W、端子U、端子V，校正方法是将采集到的电角度减去240度。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于:所述永磁同步电机驱动器向电机通入固定方向的小电流，所述小电流产生的定子合成磁场在转子q轴方向，使电机正方向旋转；该正方向是顺时针方向或逆时针方向，由电机驱动器及编码器决定。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于:所 述固定方向的小电流的产生是通过空间矢量脉宽调制产生。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机驱动器动力线相序校正方法，其特征在于:所述定开环电压值Ud和使电机转动起来的最低电压值Uq都是通过park逆变换和空间矢量脉宽调制产生的。
【文档编号】H02P21/14GK103944477SQ201410135531
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】周虎, 杨平, 陈磊 申请人:中国东方电气集团有限公司