一种基于变频器的高速空压机启动方法与流程

1.本发明属于表贴式永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种基于变频器 的高速空压机启动方法。


背景技术：

2.变频器的无位置传感器控制算法在对系统成本和可靠性有较高要求的高速 电机领域有着广泛应用，转子初始位置的准确获取，决定是否能成功启动。当 前无位置传感器控制算法的转子初始位置检测方法主要包括以下几种，以及各 自的缺点如下：
3.1.预定位法；预定位法存在一些死区位置，定位不准，转子的定位时间较 长；
4.2.高频信号注入法；高频注入法只适用于有一定凸极率的内置式永磁同步 电机，不适用于表贴式，且不能很好的确定磁极极性；
5.3.观测器法；计算量大，实际系统的卡尔曼增益及噪声难以确定。


技术实现要素：

6.本发明实施例的目的在于提供一种基于变频器的高速空压机启动方法，能 够有效的避开死区位置，缩短定位时间，提高定位准确度。
7.本发明实施例是这样实现的：
8.一种基于变频器的高速空压机启动方法，变换器拓扑由三相逆变器组成， 电机为表贴式永磁同步电机，逆变器三相输出电流分别为i
a
、i
b
和i
c
，在高速 空压机启动时，对电机的转子初始位置进行预定位；
9.当电机处于静止状态时，会受到转子齿槽定位力和轴承静摩擦力共同构成 的转矩t0，只有当施加的电流矢量产生的电磁转矩t
e
大于t0时，才能使电机的 转子转动到预定位置；由于电机转子的初始定位角度是不确定的，电机的电磁 转矩式中：l
s
为电机的定子电感；p
n
为 电机的极对数；ψ
s
、ψ
f
为电机定子、转子磁链的幅值；θ
sr
为定子电流和转子之 间的夹角；由式子可知存在两种死区位置情况：当θ
sr
为180
°
时，即施加的电 流矢量方向刚好为转子电流的负方向，则定位转矩力为0；当θ
sr
较小时，产生 的定位转矩力t
e
小于t0，无法将转子拖动到预定位置；
10.设置转子磁链角等于0
°
，从a相注入设定电流i
ref
，则i
a
等于i
ref
，从b相 和c相分别输出电流i
b
和i
c
；当转子抵达预定位位置停止旋转后，得到 i
a
＝2|i
b
|＝2|i
c
|，通过电流可以判断转子已经旋转至0
°
或者180
°
附近，如 果初始角度在死区位置，则停在180
°
，否则停在0
°
；
11.二次定位设置转子磁链角等于120
°
，从b相注入设定电流i
ref
，则i
b
等于i
ref
， 从a相和c相分别输出电流i
a
和i
c
，此时转子处于0
°
或则180
°
附近，不存在 死区位置，转子将旋转至目标位置120
°
；当转子抵达预定位位置停止旋转后， 得到i
b
＝2|i
a
|＝2|i
c
|，通过电流
可以判断转子已经旋转至120
°
附近，完成转 子初始位置预定位；
12.其中，以注入的相电流做电流环控制，即采用电机相电流做注入电流恒流 控制，无须进行变换计算。
13.本发明实施例通过在常规预定位的基础上，简化了施加电流的方式，加入 转子抵达预定位位置的判断，有效的避开死区位置，缩短定位时间，提高定位 准确度，本发明的方法简化了控制算法，减少运算量，快速可靠。
附图说明
14.图1是本发明基于变频器的高速空压机启动的转子初始位置检测方法流程 图。
[0015][0016][0017]
具体实施方式
[0018]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
本发明实施例通过在常规预定位的基础上，简化了施加电流的方式，加入 转子抵达预定位位置的判断，有效的避开死区位置，缩短定位时间，提高定位 准确度。
[0020]
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
[0021]
一种基于变频器的高速空压机启动方法，变换器拓扑由三相逆变器组成， 电机为表贴式永磁同步电机，逆变器三相输出电流分别为i
a
、i
b
和i
c
，在高速 空压机启动时，对电机的转子初始位置进行预定位；
[0022]
当电机处于静止状态时，会受到转子齿槽定位力和轴承静摩擦力共同构成 的转矩t0，只有当施加的电流矢量产生的电磁转矩t
e
大于t0时，才能使电机的 转子转动到预定位置；由于电机转子的初始定位角度是不确定的，电机的电磁 转矩式中：l
s
为电机的定子电感；p
n
为 电机的极对数；ψ
s
、ψ
f
为电机定子、转子磁链的幅值；θ
sr
为定子电流和转子之 间的夹角；由式子可知存在两种死区位置情况：当θ
sr
为180
°
时，即施加的电 流矢量方向刚好为转子电流的负方向，则定位转矩力为0；当θ
sr
较小时，产生 的定位转矩力t
e
小于t0，无法将转子拖动到预定位置；提供足够大的电流产生 足够大的电磁转矩以减小死区位置，并采用二次定位来解决这一问题。
[0023]
设置转子磁链角等于0
°
，从a相注入设定电流i
ref
，则i
a
等于i
ref
，从b相 和c相分别输出电流i
b
和i
c
；当转子抵达预定位位置停止旋转后，得到i
a
＝2|i
b
|＝2|i
c
|，通过电流可以判断转子已经旋转至0
°
或者180
°
附近，如 果初始角度在死区位置，则停在180
°
，否则停在0
°
；
[0024]
二次定位设置转子磁链角等于120
°
，从b相注入设定电流i
ref
，则i
b
等于i
ref
， 从a相和c相分别输出电流i
a
和i
c
，此时转子处于0
°
或则180
°
附近，不存在 死区位置，转子将旋转至目标位置120
°
；当转子抵达预定位位置停止旋转后， 得到i
b
＝2|i
a
|＝2|i
c
|，通过电流
可以判断转子已经旋转至120
°
附近，完成转 子初始位置预定位；
[0025]
其中，以注入的相电流做电流环控制，无须进行变换计算。
[0026]
具体的，如图1所示，本发明基于三相逆变器硬件拓扑，在预定位法通过 简化施加电流方式和增加抵达预定位位置判断来简化控制方法和缩短定位时间 等目标：
[0027]
(1)变换器拓扑由三相逆变器组成，电机为表贴式永磁同步电机；
[0028]
(2)逆变器三相输出电流分别为i
a
，i
b
，i
c
；
[0029]
(3)电机三相电阻分别为r
a
，r
b
，r
c
，三相电阻可以认为相等，则相电阻 为r
s
；
[0030]
(4)电机d轴电感、q轴电感分别为l
d
，l
q
；
[0031]
(5)电机d轴电流、q轴电流分别为i
d
，i
q
；
[0032]
(6)电机d轴电压、q轴电压分别为u
d
，u
q
；
[0033]
(7)设置转子磁链角等于0
°
，从a相注入电流，从b相和c相输出电流， 此时电磁转矩方程为对于表贴式三相 永磁同步电机定子电感满足l
d
＝l
q
，因此此时存在一 定的死区位置，转子位于180
°
或者180
°
附近，转子q轴上合成电流矢量分量 i
q
趋近于0，转子将无法旋转至目标位置0
°
，死区位置以外位置将旋转至目标 位置0
°
；
[0034][0034]
式中：ω
e
为电角速度；当转子抵达预定位位置或者停留在死区 位置停止旋转后ω
e
为0，由于表贴式永磁同步电机l
d
＝l
q
，且i
a
＝|i
b
+i
c
|， u
bn
＝u
cn
；
[0035]
(9)u
bn
＝i
b
×
r
b
；u
cn
＝i
c
×
r
c
；考虑到r
a
，r
b
，r
c
基本一致，可以认为 i
b
，i
c
也基本一致，得到结论i
a
＝2|i
b
|＝2|i
c
|，通过电流可以判断转子已经旋 转至预定位位置0
°
或者死区位置180
°
附近；
[0036]
(10)设置转子磁链角等于120
°
，从b相注入电流，从a相和c相输出电 流，此时转子已经处于0
°
或则180
°ꢀ
附近，不存在死区位置，转子将旋转至目标位置120
°
；
[0037][0037]
当转子抵达预定位位置或者停留在死区位置停止旋转后ω
e
为0，由于表贴式永磁同步电机l
d
＝l
q
，且i
b
＝|i
a
+i
c
|，u
an
＝u
cn
；
[0038]
(12)u
an
＝i
a
×
r
a
；u
cn
＝i
c
×
r
c
；考虑到r
a
，r
b
，r
c
基本一致，可以认 为i
a
，i
c
也基本一致，得到结论i
b
＝2|i
a
|＝2|i
c
|，通过电流可以判断转子已经 旋转至120
°
附近，完成转子初始位置预定位。
[0039]
本发明直接采用电机相电流做注入电流恒流控制，无须进行变换计算，简 化控制算法减少运算量。
[0040][0041]
本发明实施例通过在常规预定位的基础上，简化了施加电流的方式，加入 转子抵达预定位位置的判断，有效的避开死区位置，缩短定位时间，提高定位 准确度，本发明的方
法简化了控制算法，减少运算量，快速可靠。
[0042]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。