转子的预定位拖动方法、系统以及同步电机控制系统与流程

本发明涉及电机控制领域，具体而言，涉及一种转子的预定位拖动方法、一种转子的预定位拖动系统、一种同步电机控制系统。

背景技术

随着无位置传感器应用到同步电机的控制系统中，在进行预定位和开环拖动时，是将转子定位到定子轴系中的某个固定角度，在同步电机频繁启动时，会造成三相绕组中的一相绕组的温度相比其他相绕组的温度高，即出现三相绕组的发热不均匀，造成该相绕组的电阻与其他绕组电阻差异变大，致使电机无法稳定输出。

因此，如何控制具备频繁启动使用状况的同步电机的绕组发热均匀成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一个方面在于提出一种转子的预定位拖动方法。

本发明的第二个方面在于提出一种转子的预定位拖动系统。

本发明的第三个方面在于提出一种同步电机控制系统。

有鉴于此，根据本发明的第一方面，提出了一种转子的预定位拖动方法，应用于同步电机，转子的预定位拖动方法包括：在接收到启动指令时，统计启动指令的累计启动次数；根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度；控制转子启动，直至转子旋转至定位角度。

本发明提供的转子的预定位拖动方法，在接收到同步电机的启动指令时，统计目前同步电机的累计启动次数，进而根据累计次数计算同步电机的转子在同步电机定子轴系中的定位角度，其中定子轴系即定子abc轴系，具体为：将三相绕组a、b、c的中心作为原点，由原点指向a相绕组、b相绕组、c相绕组的射线沿逆时针方向依次间隔120°组成的得到的轴系。控制转子启动，直至转子转动到定位角度，从而使用无位置传感器控制同步电机运转，通过将定位角度与累计启动次数关联，随着累计启动次数的增加，定位角度处于不断增加中，流经每一相绕组的电流会随着角度变化而不断变化，使得同步电机三相绕组产生的热量几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

根据本发明的上述转子的预定位拖动方法，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，优选地，根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度的公式为：

其中，定子轴系以a相为基准，逆时针方向为正，θ为定位角度、k为大于等于3的正整数，m为累计启动次数。

在该技术方案中，定位角度与k以及θ相关，其中θ是同步电机的累计启动次数，k为大于等于3的正整数，根据输入的累计启动次数以及k可以直接计算得到定位角度，控制转子旋转至定位角度，根据累计启动次数动态确定定位角度，避免了因为定位角度恒定致使三相绕组出现发热情况不一致的问题。

在上述技术方案中，优选地，控制转子启动，具体为：向三相绕组接入不同的预设电流，预设电流通过以下公式计算：

其中，ia、ib、ic为三相绕组的预设电流、i1为小于等于电机的额定电流的恒定电流、θ为定位角度。

在该技术方案中，通过向三相绕组通入不同的预设电流实现将转子旋转至定位角度，其中预设电流与定位角度相关联，在定位角度不同时，三相绕组中通入的电流大小也是不同的，由于θ会随着累计启动次数不断增加，对应的ia、ib和ic会按照相同周期变化，即在电流i1恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，接入到三相绕组中的电流是相同的，从而保证三相绕组的发热情况相同，由于三相绕组中每一相通入电流的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，将i1限定在小于额定电流，为了避免因此通入电流过大，确保同步电机不会出现过流情况，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在上述技术方案中，优选地，控制转子启动，具体为：向三相绕组施加预设电压，预设电压通过以下公式计算：

其中，ua、ub、uc为三相绕组的预设电压、i2为小于等于电机的额定电流的恒定电流，rs为三相绕组的单相电阻、θ为定位角度。

在该技术方案中，通过将三相绕组施加预设电压，控制转子旋转至定位角度，其中预设电压是与定位角度相关联，当定位角度不同时，三相绕组端子之间的施加的预设电压也不同，考虑到三相绕组的相电压不能超过额定电压，在同步电机温度限定范围内，根据对应的相电阻以及额定电流确定相电压的范围，从而避免出现过压，加速同步电机老化，由于三相绕组中的电压随着定位角度不断变化，对应的ua、ub和uc会呈现周期性变化，即在电流i2恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，在每相绕组中产生的热量是相同的，由于三相绕组中每一相施加电压的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

根据本发明的第二方面，提出了一种转子的预定位拖动系统。包括：获取单元，用于在接收到启动指令时，统计启动指令的累计启动次数；

计算单元，用于根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度；

控制单元，用于控制转子启动，直至转子旋转至定位角度。

本发明提供的转子的预定位拖动系统，获取单元在接收到同步电机的启动指令时，统计目前同步电机的累计启动次数，计算单元根据累计次数计算同步电机的转子在同步电机定子轴系中的定位角度，其中定子轴系即定子abc轴系，具体为：将三相绕组a、b、c的中心作为原点，由原点指向绕组a相绕组、b相绕组、c相绕组的射线沿逆时针方向依次间隔120°组成的得到的轴系。控制单元控制转子启动，直至转子转动到定位角度，从而使用无位置传感器控制同步电机运转，通过将定位角度与累计启动次数关联，随着累计启动次数的增加，定位角度处于不断增加中，流经每一相绕组的电流会随着角度变化而不断变化，使得同步电机三相绕组产生的热量几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

根据本发明的上述转子的预定位拖动系统，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，优选地，计算单元通过如下公式计算得到定位角度：

其中，定子轴系以a相为基准，逆时针方向为正，θ为定位角度、k为大于等于3的正整数，m为累计启动次数。

在该技术方案中，定位角度与k以及θ相关，其中θ是同步电机的累计启动次数，k为大于等于3的正整数，根据输入的累计启动次数以及k可以直接计算得到定位角度，控制转子旋转至定位角度，根据累计启动次数动态确定定位角度，避免了因为定位角度恒定致使三相绕组出现发热情况不一致的问题。

在上述任一技术方案中，优选地，控制单元控制转子启动，具体为：向三相绕组接入不同的预设，预设电流通过以下公式计算：

其中，ia、ib、ic为三相绕组的预设电流、i1为小于等于电机的额定电流的恒定电流、θ为定位角度。

在该技术方案中，通过向三相绕组通入不同的预设电流实现将转子旋转至定位角度，其中预设电流与定位角度相关联，在定位角度不同时，三相绕组中通入的电流大小也是不同的，由于θ会随着累计启动次数不断增加，对应的ia、ib和ic会按照相同周期变化，即在电流i1恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，接入到三相绕组中的电流是相同的，从而保证三相绕组的发热情况相同，由于三相绕组中每一相通入电流的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，将i1限定在小于额定电流，为了避免因此通入电流过大，确保同步电机不会出现过流情况，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在上述任一技术方案中，优选地，控制单元控制转子启动，具体为：向三相绕组施加预设电压，预设电压通过以下公式计算：

其中，ua、ub、uc为三相绕组的预设电压、i2为小于等于电机的额定电流的恒定电流，rs为三相绕组的单相电阻、θ为定位角度。

在该技术方案中，通过将三相绕组施加预设电压，控制转子旋转至定位角度，其中预设电压是与定位角度相关联，当定位角度不同时，三相绕组端子之间的施加的预设电压也不同，考虑到三相绕组的相电压不能超过额定电压，在同步电机温度限定范围内，根据对应的相电阻以及额定电流确定相电压的范围，从而避免出现过压，加速同步电机老化，由于三相绕组中的电压随着定位角度不断变化，对应的ua、ub和uc会呈现周期性变化，即在电流i2恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，在每相绕组中产生的热量是相同的，由于三相绕组中每一相施加电压的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

根据本发明的第三方面，提出了一种同步电机控制系统。同步电机控制系统包括同步电机，其中，同步电机应用如上述转子的预定位拖动方法的步骤。

本发明提出的同步电机控制系统，包括同步电机，其中同步电机应用如上述转子的预定位拖动方法的步骤，因此，具备上述转子的预定位拖动方法的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

在上述技术方案中，优选地，同步电机控制系统还包括ipm模块，用于控制同步电机运行。

在该实施例中，ipm模块(intelligentpowermodule，即智能功率模块，是控制永磁同步电机运转的核心部件)，其中ipm模块执行如上述转子的预定位拖动方法的步骤，因此，具备上述转子的预定位拖动方法的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明的一个实施例的转子的预定位拖动方法的流程示意图；

图2示出了本发明的一个实施例的转子的预定位拖动系统的示意框图；

图3示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统的示意框图；

图4示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统的示意框图；

图5示出了本发明的转子在定子轴系中的定位角度；

图6示出了本发明的三相绕组接入预设电流的流程示意图；

图7示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统连接关系的示意框图；

图8示出了无位置传感器控制同步电机的流程示意图。

附图标记：

其中，图7中附图标记与各部件名称之间的对应关系为：

702交流电源模块，704整流模块，706直流母线模块，708ipm模块，710微控制模块，712同步电机。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明第一方面的实施例，提出一种转子的预定位拖动方法，图1示出了本发明的一个实施例的转子的预定位拖动方法的流程示意图。转子的预定位拖动方法包括：

s102，在接收到启动指令时，统计启动指令的累计启动次数；

s104，根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度；

s106，控制转子启动，直至转子旋转至定位角度。

本实施例提供的转子的预定位拖动方法，在接收到同步电机的启动指令时，统计目前同步电机的累计启动次数，进而根据累计次数计算同步电机的转子在同步电机定子轴系中的定位角度，其中定子轴系即定子abc轴系，具体为：将三相绕组a、b、c的中心作为原点，由原点指向绕组a相绕组、b相绕组、c相绕组的射线沿逆时针方向依次间隔120°组成的得到的轴系。控制转子启动，直至转子转动到定位角度，从而使用无位置传感器控制同步电机运转，通过将定位角度与累计启动次数关联，随着累计启动次数的增加，定位角度处于不断增加中，流经每一相绕组的电流会随着角度变化而不断变化，使得同步电机三相绕组产生的热量几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在本发明的一个实施例中，优选地，根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度的公式为：

其中，定子轴系以a相为基准，逆时针方向为正，θ为定位角度、k为大于等于3的正整数，m为累计启动次数。

在该实施例中，定位角度与k以及θ相关，其中θ是同步电机的累计启动次数，k为大于等于3的正整数，根据输入的累计启动次数以及k可以直接计算得到定位角度，控制转子旋转至定位角度，根据累计启动次数动态确定定位角度，避免了因为定位角度恒定致使三相绕组出现发热情况不一致的问题。

在本发明的一个实施例中，优选地，控制转子启动，具体为：向三相绕组接入不同的预设电流，预设电流通过以下公式计算：

其中，ia、ib、ic为三相绕组的预设电流、i1为小于等于电机的额定电流的恒定电流、θ为定位角度。

在该实施例中，通过向三相绕组通入不同的预设电流实现将转子旋转至定位角度，其中预设电流与定位角度相关联，在定位角度不同时，三相绕组中通入的电流大小也是不同的，由于θ会随着累计启动次数不断增加，对应的ia、ib和ic会按照相同周期变化，即在电流i1恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，接入到三相绕组中的电流是相同的，从而保证三相绕组的发热情况相同，由于三相绕组中每一相通入电流的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，将i1限定在小于额定电流，为了避免因此通入电流过大，确保同步电机不会出现过流情况，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在本发明的一个实施例中，优选地，控制转子启动，具体为：向三相绕组施加预设电压，预设电压通过以下公式计算：

其中，ua、ub、uc为三相绕组的预设电压、i2为小于等于电机的额定电流的恒定电流，rs为三相绕组的单相电阻、θ为定位角度。

在该实施例中，通过将三相绕组施加预设电压，控制转子旋转至定位角度，其中预设电压是与定位角度相关联，当定位角度不同时，三相绕组端子之间的施加的预设电压也不同，考虑到三相绕组的相电压不能超过额定电压，在同步电机温度限定范围内，根据对应的相电阻以及额定电流确定相电压的范围，从而避免出现过压，加速同步电机老化，由于三相绕组中的电压随着定位角度不断变化，对应的ua、ub和uc会呈现周期性变化，即在电流i2恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，在每相绕组中产生的热量是相同的，由于三相绕组中每一相施加电压的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

本发明第二方面的实施例，提供了一种转子的预定位拖动系统。图2示出了本发明的一个实施例的转子的预定位拖动系统200的示意框图，转子的预定位拖动系统200包括：

获取单元202，用于在接收到启动指令时，统计启动指令的累计启动次数；

计算单元204，用于根据累计启动次数计算同步电机的转子在定子轴系中的定位角度；

控制单元206，用于控制转子启动，直至转子旋转至定位角度。

本发明提供的转子的预定位拖动系统200，获取单元202在接收到同步电机的启动指令时，统计目前同步电机的累计启动次数，计算单元204根据累计次数计算同步电机的转子在同步电机定子轴系中的定位角度，其中定子轴系即定子abc轴系，具体为：将三相绕组a、b、c的中心作为原点，由原点指向绕组a相绕组、b相绕组、c相绕组的射线沿逆时针方向依次间隔120°组成的得到的轴系。控制单元206控制转子启动，直至转子转动到定位角度，从而使用无位置传感器控制同步电机运转，通过将定位角度与累计启动次数关联，随着累计启动次数的增加，定位角度处于不断增加中，流经每一相绕组的电流会随着角度变化而不断变化，使得同步电机三相绕组产生的热量几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在本发明的一个实施例中，优选地，计算单元通过如下公式计算得到定位角度：

其中，定子轴系以a相为基准，逆时针方向为正，θ为定位角度、k为大于等于3的正整数，m为累计启动次数。

在该实施例中，定位角度与k以及θ相关，其中θ是同步电机的累计启动次数，k为大于等于3的正整数，根据输入的累计启动次数以及k可以直接计算得到定位角度，控制转子旋转至定位角度，根据累计启动次数动态确定定位角度，避免了因为定位角度恒定致使三相绕组出现发热情况不一致的问题。

在本发明的一个实施例中，优选地，控制单元206控制转子启动，具体为：向三相绕组接入不同的预设，预设电流通过以下公式计算：

其中，ia、ib、ic为三相绕组的预设电流、i1为小于等于电机的额定电流的恒定电流、θ为定位角度。

在该实施例中，通过向三相绕组通入不同的预设电流实现将转子旋转至定位角度，其中预设电流与定位角度相关联，在定位角度不同时，三相绕组中通入的电流大小也是不同的，由于θ会随着累计启动次数不断增加，对应的ia、ib和ic会按照相同周期变化，即在电流i1恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，接入到三相绕组中的电流是相同的，从而保证三相绕组的发热情况相同，由于三相绕组中每一相通入电流的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，将i1限定在小于额定电流，为了避免因此通入电流过大，确保同步电机不会出现过流情况，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

在本发明的一个实施例中，优选地，控制单元206控制转子启动，具体为：向三相绕组施加预设电压，预设电压通过以下公式计算：

其中，ua、ub、uc为三相绕组的预设电压、i2为小于等于电机的额定电流的恒定电流，rs为三相绕组的单相电阻、θ为定位角度。

在该技术方案中，通过将三相绕组施加预设电压，控制转子旋转至定位角度，其中预设电压是与定位角度相关联，当定位角度不同时，三相绕组端子之间的施加的预设电压也不同，考虑到三相绕组的相电压不能超过额定电压，在同步电机温度限定范围内，根据对应的相电阻以及额定电流确定相电压的范围，从而避免出现过压，加速同步电机老化，由于三相绕组中的电压随着定位角度不断变化，对应的ua、ub和uc会呈现周期性变化，即在电流i2恒定且同步电机启动的次数是3的整数倍时，在每相绕组中产生的热量是相同的，由于三相绕组中每一相施加电压的次数不会超过不会超出一个循环周期，因此三相绕组发热情况几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

本发明第三方面的实施例，提供了一种同步电机控制系统300。图3示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统300的示意框图，同步电机控制系统300包括同步电机302，同步电机302应用如上述转子的预定位拖动方法的步骤。

在该实施例中，同步电机302应用如上述转子的预定位拖动方法的步骤，因此，具备上述转子的预定位拖动方法的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

图4示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统400的示意框图。如图4所示，同步电机控制系统400包括：ipm模块402和同步电机404，其中ipm模块402用于控制同步电机404运行。

在该实施例中，ipm模块402(intelligentpowermodule，即智能功率模块，是控制永磁同步电机运转的核心部件)，其中ipm模块402执行如上述转子的预定位拖动方法的步骤，因此，具备上述转子的预定位拖动方法的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

图5示出了本发明的转子在定子轴系中的定位角度。其中a、b、c分别代表定子上的三相绕组的a相绕组、b相绕组和c相绕组，其中a相绕组作为基准，θ为定位角度。

图6示出了本发明的三相绕组接入预设电流的流程示意图。其中，在统计累计启动次数为3l次时，a相绕组接入正电流，b相绕组和c相绕组不接入正电流；在统计累计启动次数为3l+1次时，b相绕组接入正电流，a相绕组和c相绕组不接入正电流；在统计累计启动次数为3l+2次时，c相绕组接入正电流，a相绕组和b相绕组不接入正电流；其中，l为大于0的整数；从而在a相绕组、b相绕组、c相绕组三相绕组中产生的热量几乎相同，不会出现总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组的情况，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

图7示出了本发明的一个实施例的同步电机控制系统700连接关系的示意框图。

其中，交流电源模块702用于向整流模块704提供交流电，直流母线模块706将整流模块704整流后的直流电传输给ipm模块708，ipm模块708根据微控制模块710的控制指令控制同步电机712运行，其中，微控制模块710执行如上述转子的预定位拖动方法的步骤，使得同步电机三相绕组产生的热量几乎相同，从而避免了在预定位角度恒定条件下，总有一相绕组的通电发热温度高于另外两相绕组，从而保证了三相绕组温度相近以及三相绕组的阻值变化相同，提升电机工作的可靠性。

图8示出了无位置传感器控制同步电机的流程示意图。具体地，包括：

s802，预定位；

s804，开环拖动；

s806，闭环控制。

在s802中对转子在定子轴系中的定位角度进行计算并确定，s804中控制转子旋转至对应的定位角度，s806使用无位置传感器控制运行。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。