永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法
2023-09-22 08:14:50 4
專利名稱：永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法
技術領域：
本發明發明涉及一種檢測方法，具體涉及一種用於永磁同步電動機齒槽轉矩的檢 測方法。
背景技術：
永磁同步電動機中，由於永磁轉子的磁極與定子齒槽的相對位置不同時，主磁路 的磁導不一樣，永磁轉子趨向定位於磁導最大的位置，偏離時都有回覆到該位置的作用轉 矩，稱為齒槽轉矩(Cogging Torque)。由於該轉矩的存在，常常會引起永磁同步電動機振動、噪聲，降低系統的控制精度。現有技術中對齒槽轉矩的檢測主要有兩種方式一是手工檢測，另一種方式為利 用高精度伺服系統進行檢測。這種方式都存在不同的缺陷，其中手工檢測齒槽轉矩精度很 低，而且無法與位置相對應連續檢測，只能了解永磁同步電動機的齒槽轉矩大概性能；而利 用高精度伺服系統拖動待測永磁同步電動機進行測試，對機械精度要求相當高，安裝比較 複雜。
發明內容
本發明針對上述現有檢測方法中所存在的缺陷，而提供一種永磁同步電動機齒槽 轉矩的自動檢測方法，該方法利用變頻器驅動永磁同步電動機，通過檢測轉子位置變化時 的變頻器輸出轉矩，經過運算可得到待測永磁同步電動機的齒槽轉矩。為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法，該方法基於變頻器驅動的永磁同步電 動機系統實施，其主要通過如下步驟實現(1)根據齒槽數將電動機一圈虛擬為齒槽數個齒槽周期；(2)將一個齒槽周期根據精度要求與存儲空間的限制分成若干等分，每一等分位 置，將記錄對應齒槽轉矩；(3)控制電動機轉過若干齒槽周期；(4)根據轉過每個齒槽周期的數據計算得到齒槽轉矩。方法一、所述步驟(3)和步驟(4)具體通過以下方式實現(4-1)控制驅動系統中齒槽轉矩計算模塊不工作，記錄電機轉過每個齒槽周期內 的每個等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值；(4-2)平均步驟(4-1)得到的值，得到電機轉過若干齒槽周期速度調節器輸出的 平均值；(4-3)將步驟(4-1)記錄的每個實際輸出值減去由步驟(4-2)得到的平均值得到 電機轉過每齒槽周期內每個等分位置時相應的齒槽轉矩；(4-4)平均所有齒槽周期中相同等分位置的齒槽轉矩，形成齒槽轉矩影響值表，即
3一個齒槽周期內每個等分位置的齒槽轉矩影響，得到永磁同步電機的最終齒槽轉矩。方法二，所述步驟(3)和步驟(4)具體通過以下方式實現(4-A)電機轉過第一齒槽周期時，控制驅動系統中齒槽轉矩計算模塊不工作，並記 錄電機轉過第一齒槽周期內每個等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值；(4-B)由步驟(4-A)記錄的每個實際輸出值減去步驟(4-A)中記錄的所有實際輸 出值的平均值，形成齒槽轉矩影響值表，即第一齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩 影響；(4-C)電機轉過第二齒槽周期時，控制齒槽轉矩計算模塊工作，根據第二齒槽周期 內相應的等分位置，查詢記錄的齒槽轉矩影響值表，插值計算出相應等分位置的齒槽轉矩 補償值，與電機轉過第二齒槽周期內相應等分位置時速度調節器實際輸出值相加合成為相 應的轉矩電流命令值，即得到電機轉過第二齒槽周期內每個等分位置時的轉矩電流命令信 號值；(4-D)由步驟(4-C)記錄的每個值減去步驟(4-C)中記錄的所有值的平均值，形成 更新的齒槽轉矩影響值表，即第二齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩影響；(4-E)電機轉過下一齒槽周期，重複步驟(4-C)至步驟(4-D)；(4-F)電機轉過若干齒槽周期後，最後的齒槽轉矩影響值表即為最終齒槽轉矩。根據上述技術方案得到的本發明容易實施，且無需提高所使用變頻器的控制器硬 件性能，也無需搭建高精度機械系統，並能夠精確檢測出永磁同步電動機的齒槽轉矩。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為變頻器驅動永磁同步電動機系統框圖。圖2為本發明的實現流程圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。根據齒槽轉矩產生的原因，可知齒槽轉矩是隨電動機轉子位置周期性變化的，因 此使用變頻器驅動永磁同步電動機，可通過檢測轉子位置變化時的變頻器輸出轉矩，經過 運算可得到待測永磁同步電動機的齒槽轉矩。本發明基於實施的變頻器驅動永磁同步電動機系統如圖1所示，在這個變頻器的 控制迴路中，變頻器通過位置傳感器發來的位置信號以及速度指令，經內部運算，控制電動 機運行，轉速計算模塊轉換位置信息為轉速信號《，電流傳感器得到輸出電流Iq，速度調 節器根據速度命令和速度信息《輸出電流命令iqr，齒槽轉矩計算模塊則將接收到的 位置信號0，轉換成相應的齒槽轉矩補償電流命令信號值Iq2*;Iqf與Iq2*在控制迴路中 相加合成總的電流命令信號值Iq*，到電流調節器，電流調節器根據Iq*和輸出電流Iq輸出 電壓命令U*，通過電壓源逆變器控制電動機運行。本發明實施時控制變頻器驅動永磁同步電動機系運行於齒槽轉矩檢測模式，變頻 器通過有PG矢量控制方式驅動電動機(空載)於較低轉速勻速運轉。
根據齒槽轉矩產生機理，可知齒槽轉矩呈周期性變化，即電動機轉子所處的空間 角度每經過一個齒槽，齒槽轉矩近似相等。為此本發明實施如下(參見圖2)(1)根據齒槽數將電動機一圈虛擬為齒槽數個齒槽周期，該齒槽周期是將電動機 運轉過一個齒槽對應的空間角度折算為的一個完整周期。(2)將一個齒槽周期根據精度要求與存儲空間的限制分成若干等分，由於等分得 越細，最終的精度越高，而每一等分位置，將記錄對應齒槽轉矩。(3)控制電機轉過若干齒槽周期；(4)根據轉過每個齒槽周期的數據計算得到齒槽轉矩。在控制電機轉過若干齒槽周期，並根據轉過每個齒槽周期的數據計算得到齒槽轉 矩時，本發明提供了兩種計算方式，具體如下方式一，其通過以下步驟實現(4-1)控制齒槽轉矩計算模塊不工作，即齒槽轉矩計算模塊輸出Iq2* = 0，記錄電 機轉過每個齒槽周期內的相應等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值Iqr，即每 個齒槽周期內的每個等分位置都要分別記錄相應輸出值Iql*。(4-2)將上述步驟記錄得到的數值進行平均，計算得到電機轉過若干齒槽周期時， 速度調節器輸出的平均值；(4-3)將記錄的每個實際輸出值Iqf減去由步驟(4-2)得到的平均值得到電機轉 過每齒槽周期內每個等分位置時相應的齒槽轉矩；(4-4)平均所有齒槽周期中相同等分位置的齒槽轉矩，形成齒槽轉矩影響值表，即 一個齒槽周期內每個等分位置的齒槽轉矩影響，得到永磁同步電機的最終齒槽轉矩。方式二，其通過以下步驟實現(4-A)電機轉過第一齒槽周期時，控制齒槽轉矩計算模塊不工作，記錄電動機運轉 過第一齒槽周期內相應等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值Iql*。(4-B)計算第一齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩影響，由以下方式得到 首先，平均步驟(4-A)中記錄的實際輸出值，得到電動機運轉過第一齒槽周期內相應等分 位置時，速度調節器輸出的平均值；接著，將步驟(4-A)記錄的每個速度調節器實際輸出值Iql*減去第一齒槽周期內 速度調節器輸出的平均值，形成齒槽轉矩影響值表，即第一齒槽周期內相應等分位置齒槽 轉矩影響。(4-C)電機轉過第二齒槽周期時，控制齒槽轉矩計算模塊工作，根據第二齒槽周期 內相應的等分位置，查詢記錄的齒槽轉矩影響值表，插值計算出相應等分位置的齒槽轉矩 補償值Iq2*，與電機轉過第二齒槽周期內相應等分位置時速度調節器實際輸出值Iqf相加 合成為相應的轉矩電流命令值Iq*，繼而得到電機轉過第二齒槽周期內每個等分位置時的 轉矩電流命令信號值Iq*。(4-D)計算第二齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩影響，由以下方式得到 首先，平均步驟(4-C)求得的所有轉矩電流命令信號值，得到電機轉過第二齒槽周期內每 個等分位置時的轉矩電流命令信號的平均值；接著，將電機轉過第二齒槽周期內每個等分位置時的轉矩電流命令信號值Iq*減 去電機轉過第二齒槽周期內每個等分位置時的轉矩電流命令信號的平均值，形成更新的齒
5槽轉矩影響值表，即第二齒槽周期內相應等分位置齒槽轉矩影響。(4-E)電機轉過下一齒槽周期，重複步驟(4-C)至步驟(4-D)。(4-F)電機轉過若干齒槽周期後，最後的齒槽轉矩影響值表即為最終齒槽轉矩。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法，該方法基於變頻器驅動的永磁同步電動機系統實施，其特徵在於，所述方法主要通過如下步驟實現(1)根據齒槽數將電動機一圈虛擬為齒槽數個齒槽周期；(2)將一個齒槽周期根據精度要求與存儲空間的限制分成若干等分，每一等分位置，將記錄對應齒槽轉矩；(3)控制電動機轉過若干齒槽周期；(4)根據轉過每個齒槽周期的數據計算得到齒槽轉矩。
2.根據權利要求1所述的永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(3)和步驟(4)具體通過以下方式實現(4-1)控制驅動系統中齒槽轉矩計算模塊不工作，記錄電機轉過每個齒槽周期內的每 個等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值；(4-2)平均步驟(4-1)得到的值，得到電機轉過若干齒槽周期速度調節器輸出的平均值；(4-3)將步驟(4-1)記錄的每個實際輸出值減去由步驟(4-2)得到的平均值得到電機 轉過每齒槽周期內每個等分位置時相應的齒槽轉矩；(4-4)平均所有齒槽周期中相同等分位置的齒槽轉矩，形成齒槽轉矩影響值表，即一個 齒槽周期內每個等分位置的齒槽轉矩影響，得到永磁同步電機的最終齒槽轉矩。
3.根據權利要求1所述的永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(3)和步驟(4)具體通過以下方式實現(4-A)電機轉過第一齒槽周期時，控制驅動系統中齒槽轉矩計算模塊不工作，並記錄電 機轉過第一齒槽周期內每個等分位置時，速度調節器對應輸出的實際輸出值；(4-B)由步驟(4-A)記錄的每個實際輸出值減去步驟(4-A)中記錄的所有實際輸出 值的平均值，形成齒槽轉矩影響值表，即第一齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩影 響；(4-C)電機轉過第二齒槽周期時，控制齒槽轉矩計算模塊工作，根據第二齒槽周期內 相應的等分位置，查詢記錄的齒槽轉矩影響值表，插值計算出相應等分位置的齒槽轉矩補 償值，與電機轉過第二齒槽周期內相應等分位置時速度調節器實際輸出值相加合成為相應 的轉矩電流命令值，即得到電機轉過第二齒槽周期內每個等分位置時的轉矩電流命令信號 值；(4-D)由步驟(4-C)記錄的每個值減去步驟(4-C)中記錄的所有值的平均值，形成更新 的齒槽轉矩影響值表，即第二齒槽周期內每個等分位置相應的齒槽轉矩影響；(4-E)電機轉過下一齒槽周期，重複步驟(4-C)至步驟(4-D)；(4-F)電機轉過若干齒槽周期後，最後的齒槽轉矩影響值表即為最終齒槽轉矩。
全文摘要
本發明公開了永磁同步電動機齒槽轉矩的自動檢測方法，該方法基主要通過如下步驟實現(1)根據齒槽數將電動機一圈虛擬為齒槽數個齒槽周期；(2)在一個齒槽周期中根據精度要求與存儲空間的限制分成若干等分；(3)電動機運轉過若干齒槽周期；(4)根據轉過每個齒槽周期的數據計算得到齒槽轉矩。本發明能夠簡單、自動的、精確的檢測出永磁同步電動機的齒槽轉矩。
文檔編號G01L3/00GK101799337SQ20091019951
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者吳志敢, 周根富, 黃洪劍 申請人:上海永大吉億電機有限公司