[发明专利]一种同步电机初始位置确定方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到同步电机的控制领域，特指一种适用于同步电机的初始位置确定方法。

背景技术

电励磁同步电机（ESM）具有转动惯量小、过载能力强、效率高、功率因数可调等优点，在大型传动设备上有着广泛应用，是近年来大功率交流调速领域的主要发展方向之一。

高精度、高动态响应的ESM同步电机控制一般都需要采用编码器进行转子角度位置信息的检测来进行磁场定向。同步电机的初始角度是位置信息必不可少的部分，其精度直接影响到控制系统的稳定性、转矩、效率和功率因数等。因此，提高初始定位的精度具有非常大的实用意义。

同步电机的初始位置（又称0位）含义为：当电机定子合成磁场于A相轴线重合，转子通入恒定的磁场，在定、转子磁场作用下，转子磁场与定子完全磁场理想重合时的转子位置。初始定位就是通过采用合适的方法或手段检测转子初始位置。

目前一般采用编码器进行位置测量，当前应用较多的是光电式编码器，光电式编码器可分为增量式和绝对式两种。当电机旋转时，带动码盘旋转。增量式编码器输出有A、B、Z信号，不能直接读取位置信息，每次控制器上电都需要重新定位。这种传统的直接定位方法，存在着较大的误差，而且操作不方便，控制精度也不是很精确。

有从业者提出一种“交流同步电机定转子零频定位控制方法”（专利申请号：20121005366.0），该方法提供了一种采用绝对式编码器对电励磁同步电机进行定位的方法，其方法是：在静止情况下，给转子绕组通入励磁电流，再给定子通以直流电，转子随着定子磁场与转子磁场的共同作用最终运动停留的位置即为同步电机初始角度位置，绝对式编码器记录该数值然后传给控制系统，完成同步角的定位。该方法很简单，是采用了电励磁同步电机定位控制的最基本原理。但是也存在一些不足：（1）定子电流没有闭环控制，操作不安全；（2）没有实现快速定位；（3）没有校正措施，定位不转确。

另有从业者提出一种“一种永磁同步电机转子位置补偿角的测量方法及系统”（专利申请号：20121059464.1），该方法采用电压源变频器，用于永磁同步电机定位，包括主要步骤包括：

（1）设定定子磁场磁场定向角度Tha，令d轴电压分量指令值为0，输入能使永磁同步电机进入零速锁轴状态的q轴电压分量指令值，然后通过坐标变换生成电压矢量，驱动永磁同步电机旋转到稳定位置；获取此时转子上安装的绝对值编码器读取的角度K1。

（2）设定定子磁场磁场定向角度(Tha+90)，通过计算得到d、q轴下的电压值指令值，然后通过坐标变换生成电压矢量，驱动永磁同步电机旋转到稳定位置；获取此时转子上安装的绝对值编码器读取的角度K2。

（3）计算补偿角度Kc=K1+90-K2；利用转子角作为角度计算的校正，如步骤（1）的令Tha=0时读取的K0，则实际控制用的零度信息为K0+Kc。

该方法也存在一些不足：（1）该方法是直接控制电压来产生磁场，没有进行电流的闭环控制，系统不安全。（2）该方法是通过偏移90度校正，存在的问题由于电流不可控，电压不好控制，造成校正值不准确。（3）只实现了转子向一个方向转动，没有实现双向校正，误差不确定。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种快速、安全、精度高、可提高同步电机控制性能的同步电机初始位置确定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种同步电机初始位置确定方法，对定子、转子绕组电流都实行闭环控制；先控制转子绕组形成稳定的磁场，然后使定子磁场给定角度依次为：正角度、0度、负角度、0度，分别记下来给定0角度时编码器度数，最后进行计算修正得到补偿后的0度初始位置。

作为本发明的进一步改进：当同步电机为电励磁同步电机时，具体步骤为：

（1）、给定励磁绕组0.5*Ifn，Ifn为额定励磁电流；DCU根据给定电流和测量到的反馈励磁电流实行闭环控制，其控制斩波单元IGBT的快速通断输出可调的励磁电压，该电压加到励磁绕组上，形成稳定的转子磁场；

（2）、给定定子绕组合成磁场角度为一定的正角度θ₂；A相电流有效值给定为0.5*Isn，Isn为额定定子电流；DCU根据给定定子电流、给定磁场角度和反馈定子电流自动计算出定子电压，该给定电压通过逆变单元的IGBT通断控制加到定子绕组上形成定子磁场；DCU通过编码器时刻读取位置角度信息，待位置信息基本稳定后进行下一步；