永磁同步电机翻译

1、 一种转子初始位置估计方法IPM同步电机驱动器摘要新方法在初始位置估计启动了内部永磁同步机（IPMSM）驱动。在永磁同步电动机的转子磁体腔创建在两个正交的电感有很大不同转子轴。这个空间显著基于转子位置使得它可以使用持久，旋转或脉动向量，载波频率图像跟踪技术，可靠地识别和跟踪方向的轴的转子在静止的时候。然而，在显著性的图像细节必须使用确定为磁铁的极化鉴别南北极。磁铁的极性确定使用的磁性饱和效应显著性的图像识别极性被跟踪。载波电流为旋转和脉动电压的载流子注入采用IPM电机导出模型包括饱和度和验证测量载体电流分量。实验结果表明，所提出的算法能够快速、可靠的初始位置估计包括在静止的极性。指数条款汽车应

2、用的运动控制是永磁铁（PM）电动机，无传感器控制。初始位置检测的经典方法是使用大厅检测永磁（PM）通量的影响探测器。初始位置的分辨率是180分的数目霍尔效应的探测器，如果霍尔检测器的信号调理有一个二进制输出，即，被配置为一个霍尔效应开关。经典的实现使用三个霍尔效应开关，由于有限的角分辨率的误差降低起动转矩。额外的分辨率可以得到使用模拟输出霍尔效应传感器，在一个额外的费用A/D转换器为每个传感器。 现代传动应用的一个重要方面是可靠性。一个影响电机可靠性的关键因素是位置传感器。对传感器的额外的布线和连接降低可靠性。一个简单的，低成本的方法来获得有用的初始位置不需要位置传感器包括采用直流励磁电流的身

3、体对齐转子对初始位置。然而，与直流励磁电流的转子的旋转方向是不可预知的，转子对齐慢慢地，机械系统必须能够自由转动。 在过去的十年中，已经提出了几种解决方案对永磁体的速度和无位置传感器的方法同步电机（PMSM）。转子初始对永磁同步电机位置的估计是一个持续的话题研究。两个初始位置估计的基本方法脉冲信号注入或正弦载波信号输入 脉冲信号注入的方法通常是基于估计使用一个计算最小电感的位置电压注入任意轴。这样的永磁同步电动机，一个最佳的搜索算法就是电压矢量，采用有效的磁饱和而不旋转的转子（磁性轴无流量检测的线路电抗测量）和通过寻找最小电感对检测到的极性估计的磁轴。在这些方法中，初始位置估计的精度可以通过额

4、外的空间的影响如在定子齿谐波饱和。 一种高频喷射，旋转和/或脉动，也被广泛用于估计转子初始位置使用电压 7或电流注入。在磁性轴从目前的轨迹，通过旋转电压注入的确定和磁铁的极性是通过寻找最小电感检测通过方波电压注入的永磁同步电动机的旋转。载波电压矢量也被注入到跟踪控制中，空间显著性的图像没有极性检测。实验测定的震级基于电流包络检测磁铁的极性。在载波信号注入的方法，对磁定位轴可以用电流产生的载波信号的估计从载波信号电压之间的相互作用与空间特征。磁铁的极性应同时使用极性依赖的饱和效应估计。 一个高频脉冲电压，或向量估计的同步framewas注入为IPM电机的初始位置。饱和度的依赖性附近的电流调节器的

5、参考电压振荡观察到的峰值电流，用于磁铁的极性检测。一级-包括饱和轴电感模型介绍了检测磁极性和磁链的极性依赖轴磁saturationwas建模作为一个二阶泰勒级数电流的函数。从二次谐波磁极性的测定注入频率。一个准确的饱和度模型需要提高的极性估计的收敛速度载波信号注入法。 本文介绍了转子初始位置估计技术基于空间显著与极性检测跟踪通过旋转或振动矢量载波电压注入。准确的永磁同步电动机的模型，包括饱和，为载体介绍了信号注入。紧凑的信号处理极性检测是基于这些模型开发。结果是简单的，强大的技术的快速估计永磁同步电动机的位置和磁铁的极性。II。永磁同步电动机的模型包括磁饱和carrier-signal永磁同步

6、电动机机可在标量形式表示采用定子磁链在固定架（1）和（2） 本机存在一个变化的结果和饱和度轴电感这在由于电感变化磁饱和（5）和（6）可用于载波信号建模利用泰勒级数展开，作为一个功能的检测。目前，忽略交叉饱和由于小幅度的载波电流 极性依赖的磁饱和是在轴饱和占优势（5）。图1显示的极性取决于饱和度在轴的一个下午同步电动机。考虑到案件1起，其中的永久磁和电枢电流的磁通矢量的方向对齐，该轴电感降低（5）由于额外的磁饱和。案例2，当电枢电流通量和PM通量是的相位，该轴电感增加（5）。该轴电感可以近似为（6）与一个多建模时，由于饱和电感变化物理洞察力，很难确定所产生的由于施加高频电压电流（流量）项式的二阶

7、长期占主导地位。在5和 6中。一个更有用的高频模型可以得出利用磁阻的概念。目前可以定义在磁阻乘以流量的函数。又来了三阶泰勒级数展开的，轴可以用来确定复杂的矢量电流作为一个功能在机器的通量（7）为了与转子位置依赖性获得一个信号，高频电压矢量在一个载波频率Wc旋转（8）注入IPM机高频旋转电压矢量可以转化在转子参考帧高频喷射，电阻压降可以忽略不计与载体的定子磁链（10）可以通过整合载波信号的电压（9）与在静止的转子1 和2。定子磁链的载体（10）代入磁通电流（7）的关系。因此，在注入的相互作用载波频率旋转电压矢量和凸极产生载波频率的电流分量包含转子位置（11）只有第一和第二谐波电流成分载波频率是（

8、11）组成的，积极的负序分量。负序列与二次谐波的正序分量有空间（位置）信息。正序组件，第一期（11），不包含空间信息是电感的平均值机。的电机转子位置的二次谐波2包含在第二任期（11）。谐波主要由载体旋转信号之间的相互作用引起的注射和IPM空间显著。第三项（11）包括电机转子位置的基本元素在二次谐波的正序。这是由于饱和凸极轴的所第二节。第四项（11）包括第三次谐波的电机转子位置的二次谐波负序也是由于直接到这饱和度显著性。 测量实例的正和负序成分（11）是在一个载波的频谱如图2所示在一个频率载波电压测量5停顿500赫兹。图3显示的第一谐波电转子位置之间的相互作用产生的饱和凸极和旋转的载波信号注入。

9、的一次谐波的转子位置是在二次谐波所示正序托架。二次谐波图4中的转子位置在第一显示负载架。转子位置的第三次谐波图5是在第二负载体展现框架。 图2。载波电流谱测量在固定的停顿参考框架。图3。测量一次谐波的电机转子位置在第二正载体参考框架。图4。测量电机转子位置的二次谐波在第一负载体参考框架。图5。测得的电机转子位置第三谐波在第二负载体参考框架。B.脉动电压载波信号注入的估计轴高频脉动电压的估计轴（12）在一个载波频率注入IPM机定子通量（13）由于承运人可以通过整合转子中的参照帧的载波信号电压随着转子在静止状态的电阻压降忽略高频信号（1）和（2）。定子磁链的载体（13）代入磁通电流（7）的关系。因

10、此包含转子位置（14）的相互作用产生的注入的脉动电压之间的载体和对脉动载波信号注入的显著图，表现为振幅调制电流的估计位置在转子框架误差估计。相反，图像作为一个载波电流直接转子位置信息在固定架的旋转的载波信号注入。载波频率的第一高次谐波成分在（14）主要是由相互作用产生的脉动信号的载流子注入和空间特征。同时，二次谐波电流分量载波频率之间的相互作用产生的载体信号注入法和饱和性。图6。测量二次谐波分量的估计位置误差通过解调器图7。测量的第一谐波分量的估计位置误差通过解调器二次谐波的载波频率的调制振幅组件包括第一和第三个阳性，与第一负谐波位置误差的估计区分磁铁的极性，有效地，二次谐波频率的电流分量可简

11、化为（15）一次谐波分量的估计位置误差图6显示测量二次谐波分量的估计位置误差（15）的载波频率的第一高次谐波在哪里过滤掉通过解调器将描述第四部分。图7显示测量一次谐波成分的估计位置误差得到通过解调器。由于测量估计位置误差的一次谐波分量在（15）包括第一和第三的正，负和第一谐波的估计位置误差为之前提到的，它不能被用于转子位置跟踪。然而，它可用于磁极性补偿。的振幅和相位（和第一谐波矢量）在（15）可从测量结果的估计图7。图8。空间凸极跟踪使用旋转电压载波信号注入的磁铁极性补偿观测器。四、转子初始位置估计A.空间凸极跟踪与磁极观察员使用旋转电压载波信号注入介绍了一种转子初始位置估计方法利用空间凸极跟

12、踪观测器的误差驱动（16）由负序向量叉积产生和单位振幅空间显著向量模型相当于一个外差法转子磁铁的极性可以通过把找到的基本的转子位置向量和单元基本特征向量模型（17）。当磁铁的极性误差（17）是负的，转子的位置位于南极从估计的转子位置的空间凸极跟踪观察图8说明了初始框图利用空间凸极跟踪观测器的位置估计使用旋转电压载波磁铁极性补偿信号注入。只提取载波电流分量随着转子的转子位置的二次谐波位置估计，积极的序列可以被过滤掉的具有低的断裂频率带阻滤波器。空间特征跟踪观测器实现转矩指令前馈零滞后的位置估计 17 过滤， 18 。自前馈转矩命令从一个运动控制器是零的初始位置估计，跟踪观测器的状态滤波器。B.饱

13、和凸极跟踪观测器利用旋转电压载波信号注入估计转子初始位置的第二种方法，包括磁铁的极性，用饱和凸极跟踪观测器的误差驱动（18）所产生的随着饱和度的显着分量矢量叉乘一个基本的谐波（11）和一个单位振幅饱和度特征向量模型图9说明了所提出的饱和框图显著使用旋转电压载波信号跟踪观测器注射。值得注意的是，转子位置跟踪不要求的磁铁极性检测。C.空间凸极跟踪与磁极观察员利用脉动电压载波信号补偿注入估计位置误差是在正面显示负载体框架（15）的脉冲的载波信号注射。因此，估计位置的二次谐波误差（19）送入一个转子位置跟踪观测器可以提取一个解调器，包括积极的和负载的帧同步带通滤波器。休息在解调器的低通滤波器的频率应选

14、择适当的提高空间凸极跟踪滤波器从载波频率所产生的二次谐波带通滤波器（19）图9。饱和的显着性使用旋转电压载波信号注入的追踪观察图10。空间凸极跟踪使用脉动电压载波信号注入的磁铁极性补偿观测器。转子磁铁的极性可从极性误差（20）中相同的方式作为解调器19。图10显示了初始位置的方框图利用空间凸极跟踪观测器的估计利用脉动电压carriersignal磁铁的极性补偿注射。图11。实验测试装置。表1Isa（IPM）测试电机参数为了验证所提出的初始位置的性能检测算法，实验上进行永磁同步电机的集成起动发电机（ISA）。ISA（IPM）试验机器参数表一图11所示的实验测试装置包括一个基于IGBT的IS驱动器

15、，感应电动机负载的驱动的控制器，和一个电脑的开关和硬件系统的采样率10千赫。的载流子注入电压的振幅初始位置估计是5伏500赫兹。无花果。12和13显示了估计的初始电机转子位置在初始角度停顿的ISA气隙转矩0，90，180，和270。这些数字显示的跟踪性能在静止状态所产生的气隙转矩是估计从扭矩（21）与测得的电流和机器参数表1图12显示了转子初始位置包括极性快速估计的饱和度显着性瘫痪跟踪图9或空间显著与极性观察图8使用旋转电压载波信号补偿注射。对于空间约10毫秒的收敛时间凸极跟踪与极性补偿观测器的速度高于约20毫秒的饱和凸极跟踪观察者。对于饱和相对缓慢的收敛性凸极跟踪观测器的幅度低引起的第二正的

16、载波信号，如图低振幅对估计精度的影响位置。估计位置误差分别小于5的空间凸极跟踪观测器和小于20对于饱和凸极跟踪观测器。电机转子没有移动，由于所产生的气隙低幅度扭矩。3所示。图13显示了估计的转子初始位置和空气间隙利用脉动电压载波信号注入的静止转矩。的初始位置估计的收敛性依赖观察者是有限的，不必要的带宽谐波含量。低通滤波器是用来消除注入的载波频率的二次谐波产生解调器的空间凸极跟踪（19）。过滤器影响初始位置估计的收敛速度。最初的估计已被证明收敛在约20毫秒。估计在轴的载体注入电压的产生几乎为零的扭矩在稳定状态中的停顿。它示出例2、4图13比较大的转矩脉动为90和270的初始位置误差的存在。初步估

17、计位置是零与90或270的位置误差的前在这两种情况下，估计的开始。因此，轴电流转子框架产生一直到初始位置估计收敛于转子位置的无极性检测。四种不同的初始位置估计的结果：0，90，180，和270，分别示于图。12和13。案件用于各种初始位置估计误差的例子在开始跟踪的初始条件提出了转子初始位置估计被初始化为零。观察者会收敛到正确的初始位置任何选定的位置。初始位置估计的精度依赖于未建模空间显著性的大小谐波，其中，例如，可能是由饱和引起的。初始位置估计三位观察员的建议在本文中。每一个观察员，具有一定的应用依赖权衡。一种饱和凸极跟踪观测器利用旋转电压载波信号注入法可以应用到两个永磁同步电动机（磁极）和控制（nonsalient极）机的饱和凸极跟踪观测器的实现两个空间凸极跟踪观测器的复杂性使用旋转和脉动磁极性补偿电压载波信号注入的是相同的整体。 空间凸极跟踪与磁铁极性补偿观测器很简单，收敛时间很低，精度是很好的。估计的精度和实现使用旋转载波信号注入更合适高机械惯性，需要一个应用快速收敛。脉动电压载波信号注入下气隙转矩在初始位置估计产生。空间凸极跟踪与磁铁的极性观察利用脉冲载波信号注入的补偿是这样更适合低机械惯量的应用。然而，利用脉动载波信号的收敛速度注射比旋转的载波信号注入的慢。六、结论三算法进行了无传感器估计的永磁同步电机的初始位置和极性。该方法的融合在静止的正确的初始