[发明专利]变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法

摘要

本发明涉及一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，是基于不同频率高频信号注入的变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，是一种在主发电机定子绕组注入不同频率的旋转方波，在励磁机定子侧检测含有主发电机转子位置信息的高频响应电流信号的位置估算方法。本发明所述的三级式电机位置估算方法具有以下优点：1)将电励磁式电机看作旋转变压器，电机定、转子绕组相当于变压器的输入和输出绕组，充分利用主发电机电枢绕组和励磁绕组之间的互感随转子位置变化的特性，避免受主发电机凸极性变化的影响，对绕线式电机具有较普遍的适用性；2)。解算过程相对简单且估算精度较高。

主权项

1.一种变凸极特性的三级电励磁式无刷同步电机转子位置估算方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对励磁机的定子绕组上施加励磁电压，所述励磁机定子绕组为两相励磁结构；步骤2：在主发电机定子三相绕组上施加高频电压信号UAh(t)、UBh(t)、UCh(t)；所述高频电压信号由αβ坐标系下幅值相同、频率不同的高频方波电压Uαh(t)、Uβh(t)经CLARK反变换至abc坐标系下得到；所述其中：Tαh、Tβh为对应αβ坐标系下主发电机α轴和β轴的高频电压周期；步骤3：三级式电机在给定转速下起动，在励磁机定子侧检测得到两相定子电流i_α和i_β，求得电流矢量I_s幅值步骤4、提取Is中两种频率的高频响应信号：4.1)使用带通滤波器提取电压周期为Tαh的高频方波电压在励磁机定子绕组上的高频响应信号iαh，iαh的包络线为与主发电机转子位置有关的正弦函数；4.2)使用带通滤波器提取电压周期为Tβh的高频方波电压在励磁机定子绕组上的高频响应信号iβh，iβh的包络线为与主发电机转子位置相关的余弦函数；步骤5、提取高频信号的包络线：5.1)在周期为Tαh方波信号的上升沿和下降沿提取iαh的值，分别记为iαh(m‑1)、iαh(m+1)，得到iαh的包络线iα_h＝(iαh(m‑1)‑iαh(m+1))/2；5.2)在周期为Tβh方波信号的上升沿和下降沿提取iβh的值，分别记为iβh(m‑1)、iβh(m+1)，得到iβh的包络线iβ_h＝(iβh(m‑1)‑iβh(m+1))/2；步骤6：计算两个高频信号在传递电路上的阻抗值Zαh≈(R+j2πfαhL)，Zβh≈(R+j2πfβhL)，其中R为dq坐标系下d轴等值电路总电阻，L为dq坐标系下d轴等值电路总电感平均值，fαh＝1/Tαh、fβh＝1/Tβh为所对应高频信号的频率；步骤7：计算注入高频信号下的阻抗比k＝Zαh/Zβh＝0.50，利用阻抗比k对任一包络线进行幅值变换，使变换后的包络线幅值相同，即0.50Iα_h_m＝Iβ_h_m，其中Iα_h_m、Iβ_h_m分别为包络线iα_h、iβ_h的幅值；若k＝Zβh/Zαh，则有Iα_h_m＝kIβ_h_m；步骤8：使用反正切函数即得到与转子位置线性相关的位置信号θ＝arctan(iα_h/(kiβ_h))或者θ＝arctan((kiα_h)/iβ_h)；计算θr＝θ+θ(n)，得到主发电机转子位置θr，其中，θ(n)是由于旋转整流器及滤波器带来的估算误差，与转速正相关，可通过离线测试得到θ(n)详细表达式，n为电机转速，单位为r/min。