一種轉子初始位置估計方法ipm同步電機驅動器
摘要——新方法在初始位置估計啟動了內部永磁同步機（ipmsm）驅動。在永磁同步電動機的轉子磁體腔建立在兩個正交的電感有很大不同轉子軸。這個空間顯著基於轉子位置使得它可以使用持久，旋轉或脈動向量，載波頻率影象跟蹤技術，可靠地識別和跟蹤方向的軸的轉子在靜止的時候。
然而，在顯著性的影象細節必須使用確定為磁鐵的極化鑑別南北極。磁鐵的極性確定使用的磁性飽和效應顯著性的影象識別極性被跟蹤。載波電流為旋轉和脈動電壓的載流子注入採用ipm電機匯出模型包括飽和度和驗證測量載體電流分量。
實驗結果表明，所提出的演算法能夠快速、可靠的初始位置估計包括在靜止的極性。
指數條款汽車應用的運動控制是永磁鐵（pm）電動機，無感測器控制。初始位置檢測的經典方法是使用大廳檢測永磁（pm）通量的影響探測器。初始位置的解析度是180分的數目霍爾效應的探測器，如果霍爾檢測器的訊號調理有乙個二進位制輸出，即，被配置為乙個霍爾效應開關。
經典的實現使用三個霍爾效應開關，由於有限的角解析度的誤差降低起動轉矩。額外的解析度可以得到使用模擬輸出霍爾效應感測器，在乙個額外的費用a/d轉換器為每個感測器。
現代傳動應用的乙個重要方面是可靠性。乙個影響電機可靠性的關鍵因素是位置感測器。對感測器的額外的佈線和連線降低可靠性。
乙個簡單的，低成本的方法來獲得有用的初始位置不需要位置感測器包括採用直流勵磁電流的身體對齊轉子對初始位置。然而，與直流勵磁電流的轉子的旋轉方向是不可預知的，轉子對齊慢慢地，機械系統必須能夠自由轉動。
在過去的十年中，已經提出了幾種解決方案對永磁體的速度和無位置感測器的方法同步電機（pmsm）。轉子初始對永磁同步電機位置的估計是乙個持續的話題研究。兩個初始位置估計的基本方法脈衝訊號注入或正弦載波訊號輸入
脈衝訊號注入的方法通常是基於估計使用乙個計算最小電感的位置電壓注入任意軸。這樣的永磁同步電動機，乙個最佳的搜尋演算法就是電壓向量，採用有效的磁飽和而不旋轉的轉子（磁性軸無流量檢測的線路電抗測量）和通過尋找最小電感對檢測到的極性估計的磁軸。在這些方法中，初始位置估計的精度可以通過額外的空間的影響如在定子齒諧波飽和。
一種高頻噴射，旋轉和/或脈動，也被廣泛用於估計轉子初始位置使用電壓[ 7或電流注入。在磁性軸從目前的軌跡，通過旋轉電壓注入的確定和磁鐵的極性是通過尋找最小電感檢測通過方波電壓注入的永磁同步電動機的旋轉。載波電壓向量也被注入到跟蹤控制中，空間顯著性的影象沒有極性檢測。
實驗測定的震級—基於電流包絡檢測磁鐵的極性。在載波訊號注入的方法，對磁定位軸可以用電流產生的載波訊號的估計從載波訊號電壓之間的相互作用與空間特徵。磁鐵的極性應同時使用極性依賴的飽和效應估計。
乙個高頻脈衝電壓，或向量估計的同步framewas注入為ipm電機的初始位置。飽和度的依賴性附近的電流調節器的參考電壓振盪觀察到的峰值電流，用於磁鐵的極性檢測。一級-。
從二次諧波磁極性的測定注入頻率。乙個準確的飽和度模型需要提高的極性估計的收斂速度載波訊號注入法。
本文介紹了轉子初始位置估計技術基於空間顯著與極性檢測跟蹤通過旋轉或振動向量載波電壓注入。準確的永磁同步電動機的模型，包括飽和，為載體—介紹了訊號注入。緊湊的訊號處理極性檢測是基於這些模型開發。
結果是簡單的，強大的技術的快速估計永磁同步電動機的位置和磁鐵的極性。
ii。永磁同步電動機的模型包括磁飽和carrier-signal
永磁同步電動機機可在標量形式表示採用定子磁鏈在固定架（1）和（2）
本機存在乙個變化的結果和飽和度軸電感這在由於電感變化磁飽和（5）和（6）可用於載波訊號建模利用泰勒級數展開，作為乙個功能的檢測。目前，忽略交叉飽和由於小幅度的載波電流
極性依賴的磁飽和是在軸飽和佔優勢（5）。圖1顯示的極性取決於飽和度在軸的乙個下午同步電動機。考慮到案件1起，其中的永久磁和電樞電流的磁通向量的方向對齊，該軸電感降低（5）由於額外的磁飽和。
案例2，當電樞電流通量和pm通量是的相位，該軸電感增加（5）。該軸電感可以近似為（6）與乙個多建模時，由於飽和電感變化物理洞察力，很難確定所產生的由於施加高頻電壓電流（流量）項式的二階長期佔主導地位。在5和 6中。
乙個更有用的高頻模型可以得出利用磁阻的概念。目前可以定義在磁阻乘以流量的函式。又來了三階泰勒級數展開的，軸可以用來確定複雜的向量電流作為乙個功能在機器的通量（7）
為了與轉子位置依賴性獲得乙個訊號，高頻電壓向量在乙個載波頻率wc旋轉（8）注入ipm機
高頻旋轉電壓向量可以轉化在轉子參考幀
高頻噴射，電阻壓降可以忽略不計與載體的定子磁鏈（10）可以通過整合載波訊號的電壓（9）與在靜止的轉子1 和2。
定子磁鏈的載體（10）代入磁通電流（7）的關係。因此，在注入的相互作用
載波頻率旋轉電壓向量和凸極產生載波頻率的電流分量包含轉子位置（11）
只有第一和第二諧波電流成分載波頻率是（11）組成的，積極的負序分量。負序列與二次諧波的正序分量有空間（位置）資訊。正序元件，第一期（11），不包含空間資訊是電感的平均值機。
的電機轉子位置的二次諧波2包含在第二任期（11）。諧波主要由載體旋轉訊號之間的相互作用引起的注射和ipm空間顯著。第三項（11）包括電機轉子位置的基本元素在二次諧波的正序。
這是由於飽和凸極軸的所第二節。第四項（11）包括第三次諧波的電機轉子位置的二次諧波負序也是由於直接到這飽和度顯著性。
測量例項的正和負序成分（11）是在乙個載波的頻譜如圖2所示在乙個頻率載波電壓測量5停頓500赫茲。圖3顯示的第一諧波電轉子位置之間的相互作用產生的飽和凸極和旋轉的載波訊號注入。的一次諧波的轉子位置是在二次諧波所示正序托架。
二次諧波圖4中的轉子位置在第一顯示負載架。轉子位置的第三次諧波圖5是在第二負載體展現框架。
圖2。載波電流譜測量在固定的停頓參考框架。
圖3。測量一次諧波的電機轉子位置在第二正載體參考框架。
圖4。測量電機轉子位置的二次諧波在第一負載體參考框架。
圖5。測得的電機轉子位置第三諧波在第二負載體參考框架。
b.脈動電壓載波訊號注入的估計軸高頻脈動電壓的估計軸（12）在乙個載波頻率注入ipm機
定子通量（13）由於承運人可以通過整合轉子中的參照幀的載波訊號電壓隨著轉子在靜止狀態的電阻壓降忽略高頻訊號（1）和（2）。
定子磁鏈的載體（13）代入磁通電流（7）的關係。因此包含轉子位置（14）的相互作用產生的注入的脈動電壓之間的載體和
對脈動載波訊號注入的顯著圖，表現為振幅調製電流的估計位置在轉子框架誤差估計。相反，影象作為乙個載波電流直接轉子位置資訊在固定架的旋轉的載波訊號注入。載波頻率的第一高次諧波成分在（14）主要是由相互作用產生的脈動訊號的載流子注入和空間特徵。
同時，二次諧波電流分量載波頻率之間的相互作用產生的載體—訊號注入法和飽和性。
圖6。測量二次諧波分量的估計位置誤差通過解調器
圖7。測量的第一諧波分量的估計位置誤差通過解調器
二次諧波的載波頻率的調製振幅元件包括第一和第三個陽性，與第一負諧波位置誤差的估計區分磁鐵的極性，有效地，二次諧波頻率的電流分量可簡化為（15）一次諧波分量的估計位置誤差
圖6顯示測量二次諧波分量的估計位置誤差（15）的載波頻率的第一高次諧波在**過濾掉通過解調器將描述第四部分。
圖7顯示測量一次諧波成分的估計位置誤差得到通過解調器。由於測量估計位置誤差的一次諧波分量在（15）包括第一和第三的正，負和第一諧波的估計位置誤差為之前提到的，它不能被用於轉子位置跟蹤。然而，它可用於磁極性補償。
的振幅和相位（和第一諧波向量）在（15）可從測量結果的估計圖7。
圖8。空間凸極跟蹤使用旋轉電壓載波訊號注入的磁鐵極性補償觀測器。
四、轉子初始位置估計
a.空間凸極跟蹤與磁極觀察員使用旋轉電壓載波訊號注入
介紹了一種轉子初始位置估計方法利用空間凸極跟蹤觀測器的誤差驅動（16）由負序向量叉積產生和單位振幅空間顯著向量模型相當於乙個外差法
轉子磁鐵的極性可以通過把找到的基本的轉子位置向量和單元基本特徵向量模型（17）。當磁鐵的極性誤差（17）是負的，轉子的位置位於南極從估計的轉子位置的空間凸極跟蹤觀察
圖8說明了初始框圖利用空間凸極跟蹤觀測器的位置估計使用旋轉電壓載波磁鐵極性補償—訊號注入。只提取載波電流分量隨著轉子的轉子位置的二次諧波位置估計，積極的序列可以被過濾掉的具有低的斷裂頻率帶阻濾波器。空間特徵跟蹤觀測器實現轉矩指令前饋零滯後的位置估計[ 17 ]過濾，[ 18 ]。
自前饋轉矩命令從乙個運動控制器是零的初始位置估計，跟蹤觀測器的狀態濾波器。
b.飽和凸極跟蹤觀測器利用旋轉電壓載波訊號注入
估計轉子初始位置的第二種方法，包括磁鐵的極性，用飽和凸極跟蹤觀測器的誤差驅動（18）所產生的隨著飽和度的顯著分量向量叉乘乙個基本的諧波（11）和乙個單位振幅飽和度特徵向量模型
圖9說明了所提出的飽和框圖顯著使用旋轉電壓載波訊號跟蹤觀測器注射。值得注意的是，轉子位置跟蹤不要求的磁鐵極性檢測。
c.空間凸極跟蹤與磁極觀察員利用脈動電壓載波訊號補償注入
估計位置誤差是在正面顯示負載體框架（15）的脈衝的載波訊號注射。因此，估計位置的二次諧波誤差（19）送入乙個轉子位置跟蹤觀測器可以提取乙個解調器，包括積極的和負載的幀同步帶通濾波器。（19）
圖9。飽和的顯著性使用旋轉電壓載波訊號注入的追蹤觀察圖10。空間凸極跟蹤使用脈動電壓載波訊號注入的磁鐵極性補償觀測器。
轉子磁鐵的極性可從極性誤差（20）中相同的方式作為解調器19。
。圖11。實驗測試裝置。
表1isa（ipm）測試電機引數
為了驗證所提出的初始位置的效能檢測演算法，實驗上進行永磁同步電機的整合起動發電機（isa）。isa（ipm）試驗機器參數列一圖11所示的實驗測試裝置包括乙個基於igbt的is驅動器，感應電動機負載的驅動的控制器，和乙個電腦的開關和硬體系統的取樣率10千赫。的載流子注入電壓的振幅初始位置估計是5伏500赫茲。
無花果。12和13顯示了估計的初始電機轉子位置在初始角度停頓的isa氣隙轉矩0，90，180，和270。這些數字顯示的跟蹤效能在靜止狀態所產生的氣隙轉矩是估計從扭矩（21）與測得的電流和機器參數列1
。對於空間約10毫秒的收斂時間凸極跟蹤與極性補償觀測器的速度高於約20毫秒的飽和凸極跟蹤觀察者。對於飽和相對緩慢的收斂性凸極跟蹤觀測器的幅度低引起的第二正的載波訊號，如圖低振幅對估計精度的影響位置。
估計位置誤差分別小於5的空間凸極跟蹤觀測器和小於20對於飽和凸極跟蹤觀測器。電機轉子沒有移動，由於所產生的氣隙低幅度扭矩。3所示。
圖13顯示了估計的轉子初始位置和空氣間隙利用脈動電壓載波訊號注入的靜止轉矩。的初始位置估計的收斂性依賴觀察者是有限的，不必要的頻寬諧波含量。低通濾波器是用來消除注入的載波頻率的二次諧波產生解調器的空間凸極跟蹤（19）。
過濾器影響初始位置估計的收斂速度。最初的估計已被證明收斂在約20毫秒。估計在軸的載體注入電壓的產生幾乎為零的扭矩在穩定狀態中的停頓。
它示出例2、4圖13比較大的轉矩脈動為90和270的初始位置誤差的存在。初步估計位置是零與90或270的位置誤差的前在這兩種情況下，估計的開始。因此，軸電流轉子框架產生一直到初始位置估計收斂於轉子位置的無極性檢測。
四種不同的初始位置估計的結果：0，90，180，和270，分別示於圖。12和13。
案件用於各種初始位置估計誤差的例子在開始跟蹤的初始條件提出了轉子初始位置估計被初始化為零。觀察者會收斂到正確的初始位置任何選定的位置。初始位置估計的精度依賴於未建模空間顯著性的大小諧波，其中，例如，可能是由飽和引起的。
初始位置估計三位觀察員的建議在本文中。每乙個觀察員，具有一定的應用依賴權衡。一種飽和凸極跟蹤觀測器利用旋轉電壓載波訊號注入法可以應用到兩個永磁同步電動機（磁極）和控制（nonsalient極）。
永磁同步電機同步電機交流變頻電機筆記
總結 兩種永磁同步電動機的比較 1 無刷直流電動機 簡稱bdcm，又稱梯形波永磁同步電動機 方波電動機 其出發點是用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極，將原直流電動機的轉子電樞變為定子。有刷直流電動機是依靠機械換向器將直流電流轉換為近似梯形波的交流，而bdcm是將方波電流 實際上也是梯形波...
直流無刷電機與永磁同步電機的比較
2.1功率密度 在機械人和空間作動器等高效能指標應用場合，對於給定的輸出功率，要求電機重量越小越好。功率密度受電機散熱能力即電機定子表面積的限制。對於永磁電機，絕大多數的功率損耗產生在定子，包括銅耗 渦流損耗和磁滯損耗，而轉子損耗經常被忽略。所以對於乙個給定的結構尺寸，電機損耗越小，允許的功率密度就...
如何提高永磁同步電機功率因數
一 影響永磁同步電機功率因數的原因 抽油機上所用的永磁同步電動機是一種非同步啟動的同步電機，由轉子交流啟動後牽入同步執行，類似於交流同步電動機。其執行是靠定子線圈在氣隙中產生的旋轉磁場與轉子上磁鋼間的相互吸引，使轉子與定子氣隙磁場同步旋轉而做功。其轉子等效為電阻電路，故功率因數高。因無勵磁電流，其空...