《一种无编码器同步电机转子定位方法》.doc

一种无编码器同步电机转子定位方法 李义兵、李振兴、王学文、谢军 摘要 由于同步电机结构简单、容量大、维护量小等诸多优点，目前被广泛应用于规模工业生产的各个领域。转子位置的检测在同步电机的启动、控制中至关重要，一般通过安装在转子轴上的码盘和控制器中的计数器来完成对同步电机转子位置的检测。这种检测方法获得的转子位置精度很高，但是因计数器断电或其他原因可能造成计数器所存数据和实际转子位置不符的情况。本文讨论了一种在没有编码器的情况下，同步电机靠感应电势判断转子位置的方法。 关键词：同步电机、感应电动势、磁链矢量 Abstract Because of simple structure, large power, less maintance. Now, synchronous machine is used to do many things in industrial . It is important to start and control synchronous machine, that how to get the exact position of rotor. Normally, we get the position by the encoder that fixed on the shaft of synchronous machine. We can get high accuracy rotor position by this way, but sometimes the encoder shows position is different with actual position because of power off or other problems. We discuss a method, how to calculate the rotor position through induction voltage, without encoder in this paper. Key words: synchronous machine, induction voltage, magnetic vector 同步电机由于其自身的特点在运行的过程中必须随时检测转子的位置（用转子的位置计算出励磁的磁链位置，并实时和定子磁链比较，以判断同步电机是否正常运行）。目前，同步电机的控制理论都是以“气隙磁链气隙定向”的控制理论为基础。而磁链定向控制是建立在已知气隙磁链矢量空间位置的基础之上，如果定向轴选取的不准确(系统不能准确地检测出气隙磁链的实际位置（M轴与α轴之间的夹角），那么在错误的定向轴下得到的定、转子电流的期望值将不能保证，气隙磁链和定子电流力矩分量独立控制的目标将受到影响。整个同步电机系统的控制精度和性能将大受影响。因此准确检测气隙磁链的空间位置（转子的空间位置）是同步电机实现高性能矢量控制的关键，同步电机的气隙矢量图如图1所示。 在图 1中，FSis、Frir、F∑iμ分别为定子、转子和气隙合成磁动势矢量；ψs是气隙合成磁链矢量；us、es分别为定子端电压和定子电动势矢量；φi是内功率因数角，为定子电流is和电动势es之间的夹角；φe是外功率因数角（定子电流is和定子电压us之间的夹角）；φL是负载角（转子轴（d轴）与M轴（合成磁链矢量）之间的夹角）；在同步电机初始定位时φL=0°。M轴为磁场定向轴。由于M轴是气隙磁链定向控制，故把它的方向和气隙磁链矢量方向完全一致，d轴为转子轴。稳态运行时，两轴以同步角速度ω旋转，α轴为固定轴。 图 1 图2 初始定位的原理是在主回路不通电，变频器控制电路通电正常工作的情况下（此时，变频器输出的电压值为零。由于控制电路已经正常工作，所以变频器定子电压实际值检测传感器、以及检测回路均在正常工作。）投入转子励磁，在电机磁场逐步建立的过程中，在定子的三相绕组中就会感应出三相感应电动势eA、eB、eC。转子空间位置的不同，三相感应电势的大小、方向也不同（它们之间关系如图3所示，图3中纵轴e表示感应电动势，横轴λ表示转子轴线和α轴之间的夹角）。通过3/2变化，将其变换到α、β坐标系，得esα和esβ，输入给电压模型。电压模型通过对电势的积分可获得气隙磁链ψm的大小和磁链的位置角Φs。由于定位期间定子不通电，所以此时磁链的位置角Φs也就是转子的空间位置角。 根据电磁感应原理：当穿过闭合导体的磁场强度变化时，在导体内部会感应阻碍磁场变化的反电动势，反电动势产生的磁场和磁场变化的方向相反。所以同步电机初始定位时，在主回路不通电情况下，我们可以把三相定子绕组AX、BY、CZ看作三个在空间相互差120°度的三个闭合导体。当投入转子励磁时，在同步电机内部就会