永磁同步電機起動方法
2023-05-02 01:15:36 2
專利名稱：永磁同步電機起動方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁同步電機起動方法。
背景技術：
起動過程是電機使用的重要過程，尤其是對於永磁同步電機來講，由於轉子上安放了永磁體，其起動過程比普通的感應電機更為複雜。簡單來講，由於永磁體產生的磁場是固定的且不具有感應電機中轉子所產生的磁場的對稱性，從而與普通感應電機相比，若要正確地對電機進行起動，需要首先確定轉子的轉動位置，以便在定子上施加正確的三相交流起動電壓，使永磁同步電機起動。現有的永磁同步電機中通常在電機轉子和機座上安裝磁或光電位置傳感器，從而對轉子所處的轉動位置進行確定。但傳感器的加入無疑會增加電機轉軸上的轉動慣量從而影響電機的效率並增加電機的成本，此外，傳感器的加入還對電機的製作工藝提出了更複雜的要求，並且一旦傳感器失靈，電機則無法正常起動。如果不在永磁同步電機上安裝位置傳感器，則需要通過檢測電信號(如電流、電壓等)來估算轉子的轉動位置，但在實際操作中，這種方法往往不能實現較高的準確度，並且對於零速和低速情況來講，由於電信號很小，更是無法準確的估算轉子的轉動位置。因此，如何對無位置傳感器的永磁同步電機進行快速準確地起動一直是該領域的技術難題。
發明內容
針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的是提供一種永磁同步電機起動方法，以便使無位置傳感器的永磁同步電機能夠更加精確的進行起動。為了實現上述目的，本發明提供一種永磁同步電機起動方法，其中該永磁同步電機包括定子和具有永磁體的轉子，該方法包括B)對所述定子施加第一電壓信號，該第一電壓信號使所述轉子轉動到一鎖定轉動位置；C)對所述定子施加能夠產生旋轉磁場的交流電壓信號，使所述電機起動。優選地，其中所述鎖定轉動位置為固定位置或起動之前設定的位置，所述第一電壓信號根據該鎖定轉動位置而生成。優選地，其中步驟B)中當施加第一電壓信號的時間達到第一時間時，停止施加第
一電壓信號。優選地，其中，所述第一時間的範圍為1S-2S。優選地，其中該方法在步驟B)之前還包括A)對所述定子施加第二電壓信號，該第二電壓信號使所述轉子轉動到一中間位置。優選地，其中第二電壓信號根據所述中間位置而生成。優選地，其中所述中間位置和所述鎖定轉動位置之間的角度的範圍是60度-120度。
優選地，其中所述中間位置和所述鎖定轉動位置之間的角度為90度。優選地，其中步驟A)中當施加第二電壓信號的時間達到第二時間時，停止施加第
二電壓信號。優選地，其中，所述第二時間的範圍為0. 5s-2s0通過上述技術方案，首先將永磁同步電機的轉子轉動到鎖定轉動位置，然後在該鎖定轉動位置上起動永磁同步電機，很好的解決了無位置傳感器永磁同步電機的轉子位置確定問題，使轉子起動過程更加平穩可靠。本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式
部分予以詳細說明。
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中圖1示出了根據本發明的一種實施方式的永磁同步電機起動方法；圖2示出了根據本發明的另一種實施方式的永磁同步電機起動方法。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。在一般的永磁同步電機中，定子由三相電進行供電，轉子具有永磁體，定子電流產生的磁場與永磁體相互作用，從而使轉子能夠旋轉。永磁同步電機的起動過程是一種從靜止狀態開始經過轉動加速階段最終以所需速率進行運動的過程。圖1中示出了本發明所提供的永磁同步電機起動方法的一種實施方式。如圖1所示，在步驟110中，對所述定子施加第一電壓信號，該第一電壓信號使所述轉子轉動到一鎖定轉動位置。所述鎖定轉動位置是電機在開始起動之前轉子所需要位於的位置。該鎖定轉動位置可以是預先設定的固定位置，也可以在起動前預先指定的位置。所施加的第一電壓的大小是由鎖定轉動位置所決定的。對於三相永磁同步電機來講，該第一電壓是三相電壓，該三相電壓通過電磁相互作用將永磁轉子鎖定到所確定的鎖定轉動位置上。由於鎖定轉動位置是一定的，將轉子鎖定到該位置後也就相當於對轉子的位置進行了確定，從而能夠從該鎖定轉動位置對電機進行起動。將轉子轉動到鎖定轉動位置所需的時間取決於多種因素，包括轉子初始位置與鎖定轉動位置的差距、電壓大小等，為了便於控制，可以通過設定一時間閾值來保證轉子已經轉到鎖定轉動位置，比如當施加第一電壓信號的時長達到第一時間時，可以認為轉子此時肯定已經轉到鎖定轉動位置，這時可以停止施加第一電壓信號，直接進入下一步驟。其中所述第一時間的範圍是ls_2s。當鎖定轉動位置是固定位置時，也可以在該位置上安裝傳感器對轉子是否達到鎖定轉動位置進行判斷。在步驟120中，對所述定子施加能夠產生旋轉磁場的交流電壓信號，使所述電機起動。對定子施加三相交流電壓，產生旋轉磁場，從而帶動具有固定磁場的永磁轉子隨之旋轉起來，直到實現同步，從而實現永磁同步電機的起動過程。圖2示出了在本發明的另一種實施方式，圖2中的步驟210和220與圖1中的步驟110和120相對應，不同的是，在步驟210之前，圖2中的方法還包括以下步驟步驟203，對所述定子施加第二電壓信號，該第二電壓信號使所述轉子轉動到一中間位置。中間位置是與鎖定轉動位置相差一定角度的位置，通常可以將中間位置與鎖定轉動位置之間的差異選為60度 120度，優選地，中間位置與鎖定轉動位置間相差90度。在步驟203中，首先將轉子轉動到中間位置，當轉子轉動到中間位置後，再進一步地在隨後的步驟中將轉子從中間位置轉動的鎖定轉動位置。中間位置類似於鎖定過程的中轉站。在將轉子轉動到鎖定轉動位置之前，如果轉子當前所處的位置與鎖定轉動位置間相差180度左右，所施加的第一電壓對永磁轉子的作用在轉子轉軸的周向(即在與轉子轉軸相垂直的截面中與轉軸相切的方向)的分量很小， 將轉子移動到所確定的鎖定轉動位置需要的時間較長，並且由於電機結構的限制(比如轉軸潤滑度、永磁體分布等)，甚至可能導致轉子在這種情況下無法轉動到鎖定轉動位置(在正好為180度時，轉子在理論上是無法進行轉動的)，從而無法實現轉子的起動。設定一個中間位置，一方面能夠避免發生轉子不轉動的情況，另一方面能夠在轉子位置與鎖定轉動位置接近180度時為轉子提供一個兩次加速的過程，避免轉子經過過長的時間才能轉動到鎖定轉動位置。當然，對於轉子初始位置與鎖定轉動位置比較接近的情況來講，中間位置的設置會增加鎖定過程的時間，但這時對應於各種轉子初始位置的鎖定時間更加平均，更加有利於所述第一時間的設定。在本發明的一種實施方式中，可以設定另一個時間閾值，來確定轉子是否達到所述中間位置，比如可以設定當施加第二電壓達到第二時間時停止施加第二電壓，直接進入到隨後的步驟。需要指出的是，第二時間的選擇方式與第一時間有所區別。由上文所述的設定中間位置的原因可知，不必在轉子到達中間位置後再開始進行隨後的轉動鎖定步驟，事實上， 只要轉子已經從初始位置偏移了一定的角度，就可以直接進行隨後的步驟了。因此，可以將第二時間設定為較小的值，比如所述第二時間可以是0. 5s-2s0在以上的方法中，圖1中的步驟120和圖2中的步驟220是關於如何在轉子轉動位置被鎖定後使轉子逐漸加速並最終與定子產生的旋轉磁場同步旋轉的過程。這種轉動加速並最終同步的加速過程可以採用本領域技術人員熟知並廣泛採用的永磁同步電機加速控制過程。在本發明的一種實施方式中，還能夠藉助PMSM矢量控制模型來實現對永磁同步電機進行加速控制，在PMSM矢量控制理論中，將三相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系從而能夠更加便於對電機進行加速控制。通過上述技術方案，首先將永磁同步電機的轉子轉動到鎖定轉動位置，然後在該鎖定轉動位置上起動永磁同步電機，很好的解決了無位置傳感器永磁同步電機的轉子位置確定問題，使轉子起動過程更加平穩可靠。以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.一種永磁同步電機起動方法，其中該永磁同步電機包括定子和具有永磁體的轉子， 其特徵在於，該方法包括B)對所述定子施加第一電壓信號，該第一電壓信號使所述轉子轉動到一鎖定轉動位置；C)對所述定子施加能夠產生旋轉磁場的交流電壓信號，使所述電機起動。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述鎖定轉動位置為固定位置或起動之前設定的位置，所述第一電壓信號根據該鎖定轉動位置而生成。
3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟B)中當施加第一電壓信號的時間達到第一時間時，停止施加第一電壓信號。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一時間的範圍為ls-2s。
5.根據權利要求1-4中的任一項權利要求所述的方法，其中該方法在步驟B)之前還包括A)對所述定子施加第二電壓信號，該第二電壓信號使所述轉子轉動到一中間位置。
6.根據權利要求5所述的方法，其中第二電壓信號根據所述中間位置而生成。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述中間位置和所述鎖定轉動位置之間的角度的範圍是60度-120度。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述中間位置和所述鎖定轉定位置之間的角度為 90度。
9.根據權利要求5所述的方法，其中步驟A)中當施加第二電壓信號的時間達到第二時間時，停止施加第二電壓信號。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述第二時間的範圍為0.5s-2s0
全文摘要
本發明公開了一種永磁同步電機起動方法，其中該永磁同步電機包括定子和具有永磁體的轉子，該方法包括對所述定子施加第一電壓信號，該第一電壓信號使所述轉子轉動到一鎖定轉動位置；對所述定子施加能夠產生旋轉磁場的交流電壓信號，使所述電機起動。通過本發明所提供的方法，很好的解決了無位置傳感器永磁同步電機的轉子位置確定問題，使轉子起動過程更加平穩可靠。
文檔編號H02P6/20GK102487262SQ201010578938
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者杜智勇, 湯小華, 程立品, 謝亮 申請人:比亞迪股份有限公司