一種永磁同步電機初始定位裝置的製作方法
2023-05-15 22:41:51 1
專利名稱：一種永磁同步電機初始定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於永磁同步電機領域，尤其涉及一種永磁同步電機初始定位裝置。
背景技術：
在永磁同步電機的控制系統中，轉子初始位置的獲得是保證系統正常運行的基本 條件。在實際系統的運行過程中，可通過與永磁同步電機同軸安裝的旋轉變壓器、光電編碼 器等位置編碼器間接獲得轉子位置信息。由位置傳感器直接獲得的信息是位置傳感器旋轉 當前位置相對於該位置傳感器本身零位的信息，但在永磁同步電機控制過程中需要的是電 機轉子旋轉當前位置相對於電機轉子零位的信息。因此，在系統運行前，必須知道位置傳感 器的零位和永磁同步電機的轉子零位之間的關係。 一種方式是在安裝時嚴格保證傳感器 零位和轉子零位的一致，但是這種方式要求較高的安裝工藝，實現複雜。另一方式是對永 磁同步電機的轉子實行初始定位，即位置傳感器安裝完成後，對永磁同步電機進行初始定 位，將永磁同步電機轉子鎖定在零位，由於位置傳感器得到的信息為傳感器目前的位置相 對其自身零位的信息，而此時位置傳感器已隨永磁同步電機的轉子鎖定在電機的零位，所 以此時位置傳感器的信息記為電機轉子零位和位置傳感器零位之間的信息。在系統運行過 程中，由位置傳感器的當前信息，並結合上面得到的位置傳感器的零位與電機轉子零位之 間的信息，即可得到永磁同步電機轉子的當前位置信息。 對永磁同步電機的轉子進行初始定位需要採用圖1中所示的控制系統。其中逆 變器101中具有6個開關Sa、 Sa' 、 Sb、 Sb' 、 Sc、 Sc'，根據這些開關的開和斷的狀態，逆變器 101可以具有8種如下表中的開關狀態。其中Sa、和Sa'位於同一橋臂上，Sa位於上橋臂 上，Sa'位於下橋臂上，Sb和Sb'也位於另一個橋臂上，Sc和Sc'位於再一個橋臂上。位於 同一橋臂上的兩個開關不能同時斷開或同時導通。逆變器101總共可以具有8中可能的開 關狀態，如圖表l表示。
表1
狀態01234567
01010101
Sb00110011
Sc00001111 其中，1表示上橋臂的開關管導通，O表示下橋臂的開關管導通。 當系統初始上電後，逆變器101採用一個固定的開關組合，給永磁同步電機102施
加一個固定的電壓，其在三相繞組中產生固定的電流，永磁同步電機在固定電流產生的磁
場作用下，轉子轉到指定位置。 為了能夠使得永磁同步電機的轉子轉到零位，即與A相繞組的軸線重合，就必須
3在永磁同步電機的定子中產生位於A相軸線的靜止磁勢，定子電流ia、"和i。必須滿足以 下條件 ib = ic (1)由於電機採用三相無中心線星形連接，故有 ia = -(ib+ic) (2) 由上式(1)和(2)可知，要將轉子定位在永磁同步電機的零位，必須保證永磁同步 電機的ia、 ib和i。滿足ia = _2ib = -2ic。 為了實現上述滿足ia = _2ib = _2i。條件的三相電流關係，在逆變器供電的永磁 同步電機中選擇表1中的狀態l，即Sa = l，Sb = O，Sc = O，此時Sa導通，Sa'斷開，Sb斷 開，Sb'導通，Sc斷開，Sc'導通。當系統處於穩態後，等效電路圖如圖2所示。在圖2中， 流過A相的電流記為I，流過C相和B相的電流均為1/2。只要電流值I滿足永磁同步電機 定位所需的電流值，永磁同步電機的轉子將轉動到零位。該電流值I產生的磁場至少應該 使得轉子能夠克服空載時的摩擦力，轉動到零位。 實際中的永磁同步電機的定子電阻很小，而實際中所需的電流值I卻很大，由圖 2中的等效電路圖將得到逆變器需要輸出較低的電壓和較大的電流，而由逆變器自身性 能的局限，逆變器無法滿足這一要求，例如如果永磁同步電機定子每相繞組的等效電阻為 0. 0096歐，則圖2中的定子的有效電阻為0. 0144歐，當需要150A的初始定位電流時，要求 逆變器輸出的電壓為2. 16V。而逆變器在輸出150A的電流的同時，不可能輸出2. 16V這樣 低的電壓。所以現有技術中對永磁同步電機的轉子進行初始定位時，系統無法對轉子進行 初始定位同時提供滿足要求的電壓和電流信號。
發明內容
有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供一種永磁同步電機初始定位裝置，能夠 為永磁同步電機提供轉子初始定位所需的電壓信號和電流信號。 為實現上述目的，本發明實施例提供一種永磁同步電機初始定位裝置，該裝置包 括一逆變器，所述逆變器的A相上橋臂的開關管、B相下橋臂的開關管和C相下橋臂的開關 管導通，A相下橋臂的開關管、B相上橋臂的開關管和C相上橋臂的開關管斷開；所述逆變 器的A相輸出點通過一分壓電阻與永磁同步電機的A相定子繞組的首端連接，所述逆變器 的B相輸出點與所述永磁同步電機的B相定子繞組的首端連接，所述逆變器的C相輸出點 與所述永磁同步電機的C相定子繞組的首端連接，所述分壓電阻的阻值大於或等於逆變器 輸出初始定位所需電流時能夠輸出的最小電壓與該初始定位所需電流的商、再減去永磁同 步電機的三相定子繞組的等效電阻所得的差。 優選地(？)，所述同步電機的三相定子繞組的等效電阻為每項定子繞組的電阻 的1. 5倍。 優選地(？)，所述初始定位所需電流為使得永磁同步電機轉子旋轉到A相定子繞 組軸線所需的電流。 另一方面，本發明還提供一種永磁同步電機初始定位裝置，包括一逆變器，所述逆 變器的A相上橋臂的開關管、B相下橋臂的開關管和C相下橋臂的開關管導通，A相下橋臂 的開關管、B相上橋臂的開關管和C相上橋臂的開關管斷開；所述逆變器的A相輸出點與永磁同步電機的A相定子繞組的首端連接，所述逆變器的B相輸出點與所述永磁同步電機的 B相定子繞組的首端連接，所述逆變器的C相輸出點與所述永磁同步電機的C相定子繞組 的首端連接，在所述B相下橋臂和C相下橋臂的公共端通過分壓電阻與所述逆變器中的電 源相連；所述分壓電阻的阻值大於或等於逆變器輸出初始定位所需電流時能夠輸出的最小 電壓與該初始定位所需電流的商、再減去永磁同步電機的三相定子繞組的等效電阻所得的 差。 優選地(？)，所述同步電機的三相定子繞組的等效電阻為每相定子繞組的電阻 的1. 5倍。 優選地(？)，所述初始定位所需電流為使得永磁同步電機轉子旋轉到A相定子繞 組軸線所需的電流。 通過本發明實施例提供的永磁同步電機初始定位裝置，能夠為永磁同步電機進行 初始定位同時提供合適的電壓和電流。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明 的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是現有技術中永磁同步電機的控制系統的示意圖； 圖2是現有技術中永磁同步電機的控制系統的等效電路圖； 圖3是本發明實施例一提供的一種永磁同步電機初始定位裝置的示意圖； 圖4是本發明實施例一中永磁同步電機初始定位裝置與永磁同步電機連接的等
效電路示意圖； 圖5是本發明實施例一中對永磁同步電機進行初始定位的示意圖； 圖6是本發明實施例二提供的一種永磁同步電機初始定位裝置的示意圖； 圖7是本發明實施例二中永磁同步電機初始定位裝置與永磁同步電機連接的等
效電路示意圖。
具體實施例方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例
中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是
本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員
在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。 本發明提供一種永磁同步電機初始定位裝置，該定位裝置在逆變器與永磁同步電
機形成的串聯迴路中的幹路上設置一分壓電阻，併合理選擇該分壓電阻的阻值，從而使得
逆變器在輸出較大電流時即使輸出較大的電壓，也會被串聯迴路中的分壓電阻分去適當的
電壓，為永磁同步電機提供適當的電流。根據分壓電阻放置的具體位置不同，本發明提供的
永磁同步電機初始定位裝置具有不同的實現方式。以下以兩個具體的實施例詳細說明。 實施例一
圖3示出了本實施例提供的一種永磁同步電機初始定位裝置的示意圖。該裝置包 括一逆變器301和一分壓電阻302，其中逆變器301的A相上橋臂開關管和下橋臂開關管分 別記為Sa和Sa' ， B相上橋臂開關管和下橋臂開關管分別記為Sb和Sb' ， C相上橋臂開關管 和下橋臂開關管分別記為Sc和Sc'。在本實施例中，為了使得永磁同步電機4的轉子鎖定 到零位，即與A相定子繞組的軸線重合，必須要求流過A相定子繞組的電流等於流過B相和 C相定子繞組的電流的兩倍。所以，在本實施例中，逆變器301中的六個開關管的開關狀態 採用如下方式A相上橋臂開關管Sa導通、A相下橋臂開關管Sa'斷開、B相上橋臂開關管 Sb斷開，B相下橋臂開關管Sb'導通，C相上橋臂開關管Sc斷開，C相下橋臂開關管Sc'導 通。 逆變器301的A相輸出點Pa通過分壓電阻302與永磁同步電機4的A相定子繞 組的首端連接，B相輸出點Pb與永磁同步電機4的B相定子繞組的首端連接，C相輸出點 Pc與永磁同步電機4的C相定子繞組的首端連接，永磁同步電機4的三相定子繞組的末端 短接在一起。 採用上述電路連接方式後，圖4示出了本實施例中的永磁同步電機初始定位裝置 與永磁同步電機連接的等效電路示意圖，如圖4所示，流過永磁同步電機的A相定子繞組的 電流為I，流過B相和C相定子繞組的電流均為1/2。請同時參見圖5，圖5示出了永磁同步 電機進行初始定位的示意圖，為了實現永磁同步電機4內的轉子41定位到零位，需要將轉 子41旋轉到與A相定子繞組(包括圖5中的a和a')的軸線重合，為此，需要在永磁同步 電機4的定子42中產生位於A相軸線的靜止磁勢。當採用本實施例提供的永磁同步電機 初始定位裝置對永磁同步電機進行供電時，由永磁同步電機4內的A相定子繞組產生的磁 勢將如箭頭dA所示，B相定子繞組產生的磁勢將如箭頭dB所示，C相定子繞組產生的磁勢 將如箭頭4所示。 以下對本實施例中的分壓電阻302的阻值Rs進行限定，假設將永磁同步電機4的 轉子41進行初始定位所需的電流為1@4，逆變器301在輸出電流為1@4時能夠輸出的最小 電壓為U^，永磁同步電機4的每項定子繞組的等效電阻均為R，則在本實施例中，永磁同步 電機4的三相定子繞組在電路中的等效電阻為3R/2。則分壓電阻302的阻值Rs滿足如下 關係式 不難得出，具有上述阻值Rs的分壓電阻可以分去合適的電壓，並使流過永磁同步 電機各相定子繞組的電流值能夠等於I@4。克服現有技術中直接將逆變器連接到永磁同步 電機無法同時提供滿足要求的電壓和電流。
實施例二 圖6示出了本實施例提供的一種永磁同步電機初始定位裝置的示意圖。該裝置包 括一逆變器501和分壓電阻502，其中逆變器501的A相上橋臂開關管和下橋臂開關管分 別記為Sa和Sa' ， B相上橋臂開關管和下橋臂開關管分別記為Sb和Sb' ， C相上橋臂開關 管和下橋臂開關管分別記為Sc和Sc'。在本實施例中，逆變器501中的六個開關管的開關 狀態仍然採用如下方式A相上橋臂開關管Sa導通、A相下橋臂開關管Sa'斷開、B相上橋
尺》臂開關管Sb斷開，B相下橋臂開關管Sb'導通，C相上橋臂開關管Sc斷開，C相下橋臂開關 管Sc'導通。這樣，流過A相定子繞組的電流等於流過B相和C相定子繞組的電流的兩倍。 逆變器501的A相輸出點Pa與永磁同步電機4的A相定子繞組的首端連接，B相輸出點Pb 與永磁同步電機4的B相定子繞組的首端連接，C相輸出點Pc與永磁同步電機4的C相定 子繞組的首端連接，永磁同步電機4的三相定子繞組的末端短接在一起，逆變器501中的B 相下橋臂和C相下橋臂的公共端通過分壓電阻502與逆變器501的直流電源Ud。相連。
採用上述連接方式後，圖7示出了本實施例中的永磁同步電機初始定位裝置與永 磁同步電機連接的等效電路示意圖，如圖7所示，通過永磁同步電機的A相定子繞組的電流 為I，流過B相和C相定子繞組的電流均為1/2。在永磁同步電機內部也將形成如圖5中的 磁勢。 以下對本實施例中的分壓電阻502的阻值Rs進行限定。假設將永磁同步電機4的
轉子進行初始電位所需的電流為1@4，逆變器501在輸出電流為1@4時能夠輸出的最小電
壓為U^，永磁同步電機4的每項定子繞組的等效電阻均為R，則在本實施例中，永磁同步電
機4的三相定子繞組在電路中的等效電阻為3R/2。則分壓電阻502的阻值Rs滿足如下關
系式 formula see original document page 7 不難得出，具有阻值Rs的分壓電阻502可以分去合適的電壓，並能夠使流過永磁 同步電機4各相定子繞組的電流值等於1@4。克服現有技術中直接將逆變器連接到永磁同 步電機無法同時提供滿足要求的電壓和電流。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，包括一逆變器，所述逆變器的A相上橋臂的開關管、B相下橋臂的開關管和C相下橋臂的開關管導通，A相下橋臂的開關管、B相上橋臂的開關管和C相上橋臂的開關管斷開；所述逆變器的A相輸出點通過一分壓電阻與永磁同步電機的A相定子繞組的首端連接，所述逆變器的B相輸出點與所述永磁同步電機的B相定子繞組的首端連接，所述逆變器的C相輸出點與所述永磁同步電機的C相定子繞組的首端連接，所述分壓電阻的阻值大於或等於逆變器輸出初始定位所需電流時能夠輸出的最小電壓與該初始定位所需電流的商、再減去永磁同步電機的三相定子繞組的等效電阻所得的差。
2. 根據權利要求1所述的永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，所述同步電機的 三相定子繞組的等效電阻為每相定子繞組的電阻的1. 5倍。
3. 根據權利要求1所述的永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，所述初始定位所 需電流為使得永磁同步電機轉子旋轉到A相定子繞組軸線所需的電流。
4. 一種永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，包括一逆變器，所述逆變器的A相上 橋臂的開關管、B相下橋臂的開關管和C相下橋臂的開關管導通，A相下橋臂的開關管、B相 上橋臂的開關管和C相上橋臂的開關管斷開；所述逆變器的A相輸出點與永磁同步電機的 A相定子繞組的首端連接，所述逆變器的B相輸出點與所述永磁同步電機的B相定子繞組的 首端連接，所述逆變器的C相輸出點與所述永磁同步電機的C相定子繞組的首端連接，在所 述B相下橋臂和C相下橋臂的公共端通過分壓電阻與所述逆變器中的電源相連；所述分壓 電阻的阻值大於或等於逆變器輸出初始定位所需電流時能夠輸出的最小電壓與該初始定 位所需電流的商、再減去永磁同步電機的三相定子繞組的等效電阻所得的差。
5. 根據權利要求4所述的永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，所述同步電機的 三相定子繞組的等效電阻為每相定子繞組的電阻的1. 5倍。
6. 根據權利要求4所述的永磁同步電機初始定位裝置，其特徵在於，所述初始定位所 需電流為使得永磁同步電機轉子旋轉到A相定子繞組軸線所需的電流。
全文摘要
本發明實施例提供一種永磁同步電機初始定位裝置，包括一逆變器，所述逆變器的A相上橋臂的開關管、B相下橋臂的開關管和C相下橋臂的開關管導通，A相下橋臂的開關管、B相上橋臂的開關管和C相上橋臂的開關管斷開；所述逆變器的A相輸出點通過一分壓電阻與永磁同步電機的A相定子繞組的首端連接，所述逆變器的B相輸出點與所述永磁同步電機的B相定子繞組的首端連接，所述逆變器的C相輸出點與所述永磁同步電機的C相定子繞組的首端連接，所述分壓電阻的阻值大於或等於逆變器輸出初始定位所需電流時能夠輸出的最小電壓與該初始定位所需電流的商、再減去永磁同步電機的三相定子繞組的等效電阻所得的差。
文檔編號H02P6/16GK101777861SQ20101011814
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者馮江華, 劉可安, 張朝陽, 許峻峰 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司