一种永磁电机无位置传感器控制方法

1.本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁电机无位置传感器控制方法。


背景技术：

2.近年来，永磁电机因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。传统的无位置传感器控制方法利用电阻网络采集零序电压积分后的信号输入到锁相环，进而得到位置信号实现无位置传感器控制，但是没有考虑电阻不平衡情况以及直接积分引发的饱和问题。在长期运行中，电机电阻会随着温度和运行时间的变化出现不对称情况。在定子绕组不对称情况下，如果不调整无位置传感器控制方法，将会导致电机失控；同时，零序电压中微小的直流偏量会不断累积导致位置信号估计不准确，影响电机运行效果。


技术实现要素：

3.基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种永磁电机无位置传感器控制方法。
4.本发明提出的一种永磁电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
5.s1、在电机和变换器之间加入三相平衡电阻网络，采集电机绕组中性点、三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；
6.s2、将零序电压经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制；
7.s3、在电机定子绕组电阻不平衡情况下，根据零序电压判断故障相和故障程度，向零序电压中注入补偿信号得到更新的零序电压，将更新的零序电压经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制。
8.优选的，在步骤s1中，零序电压u
sn
为：
[0009][0010]
式中，s为电阻网络中性点，n为电机定子绕组中性点，ea、eb、ec为三相空载反电动势。
[0011]
优选的，步骤s3的具体步骤如下：
[0012]
s31、根据零序电压判断故障相
[0013]
当出现定子绕组不平衡时，以a相出现电阻不平衡为例，零序电压u
sn
受到反电动势三次谐波和定子电流ia共同影响，此时零序电压u
sn
为：
[0014][0015]
式中，r
add_a
是模拟故障时串联在a相定子绕组中的附加电阻，ia为a相定子电流，定子电流ia表示为：
[0016]
ia＝i
a sin(θ θa)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0017]
式中，ia和θa分别为ia的幅值和初始相位角；
[0018]
将式(3)代入式(2)中可得
[0019][0020]
式中，u1和α是零序电压u
sn
中基波的幅值和初始相位角，且表示为
[0021][0022]
由式(5)可知，在ia不变的情况下，u1和r
add_a
是呈线性关系的，零序电压u
sn
中基波的初始相位角和定子电流ia中基波的初始相位角相差180
°
；
[0023]
s32、向零序电压中注入补偿信号
[0024]
由式(2)可知，当定子绕组不对称故障发生时，换相信号中掺杂有定子电流，影响无位置控制正常运行，在判断出故障大小和故障相之后，向零序电压中注入r
add_a
ia/3的电压信号进行补偿得到更新的零序电压，保证无位置控制正常运行；
[0025]
s33、将更新的零序电压经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制。
[0026]
本发明提出的一种永磁电机无位置传感器控制方法，在变换器和电机之间加入一个三相平衡电阻网络，并用改进的二阶广义积分器取代传统积分器，即可在实现电机无位置传感器控制运行的基础上，使电机在定子绕组不平衡情况下也能保持无位置传感器控制运行，消除了积分饱和带来的位置信号不准确问题，提高了电机运行的可靠性。
附图说明
[0027]
图1为本发明提出的一种永磁电机无位置传感器控制方法的控制框图；
[0028]
图2为本发明提出的一种永磁电机无位置传感器控制方法中改进二阶广义积分器的结构框图。
具体实施方式
[0029]
参照图1，本发明提出一种永磁电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
[0030]
s1、在电机和变换器之间加入三相平衡电阻网络，采集电机绕组中性点、三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；
[0031]
其中，零序电压u
sn
为：
[0032][0033]
式中，s为电阻网络中性点，n为电机定子绕组中性点，ea、eb、ec为三相空载反电动势。
[0034]
s2、在正常情况下，将零序电压u
sn
经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制。
[0035]
s3、在电机定子绕组电阻不平衡情况下，根据零序电压判断故障相和故障程度，向
零序电压中注入补偿信号得到更新的零序电压，将更新的零序电压经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制；
[0036]
下面以永磁电机a相(b相和c相类似)发生绕组不平衡为例对本案进行说明：
[0037]
s31、根据零序电压判断故障相
[0038]
当出现定子绕组不平衡时，原本为零的r
add_a
不再为零，此时零序电压u
sn
受到反电动势三次谐波和定子电流ia共同影响，其中定子电流中除了含有基波之外，也会出现三次、五次和七次等谐波，因此，可以利用零序电压中新出现的谐波来判断绕组不对称故障。此时零序电压u
sn
为：
[0039][0040]
式中，r
add_a
是模拟故障时串联在a相定子绕组中的附加电阻，ia为a相定子电流；若忽略定子电流中的高次谐波，定子电流ia表示为：
[0041]
ia＝i
a sin(θ θa)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0042]
式中，ia和θa分别为ia的幅值和初始相位角；
[0043]
将式(3)代入式(2)中可得
[0044][0045]
式中，u1和α是零序电压u
sn
中基波的幅值和初始相位角，且表示为
[0046][0047]
由式(5)可知，在ia不变的情况下，u1和r
add_a
是呈线性关系的，零序电压u
sn
中基波的初始相位角和定子电流ia中基波的初始相位角相差180
°
；因此可以利用零序电压u
sn
中基波的幅值判断绕组不对称故障；利用零序电压u
sn
和定子电流ia中基波的初始相位角定位故障相。
[0048]
s32、向零序电压中注入补偿信号
[0049]
由式(2)可知，当定子绕组不对称故障发生时，换相信号中掺杂有定子电流，影响无位置控制正常运行，在判断出故障大小和故障相之后，向零序电压中注入r
add_a
ia/3的电压信号进行补偿，保证无位置控制正常运行；
[0050]
s33、改进二阶广义积分器取代直接积分：将更新的零序电压经过改进二阶广义积分器运算后输出到锁相环，得到连续转子位置信号实现无位置传感器控制；
[0051]
改进的二阶广义积分器结构如图2所示，输入为零序电压u
sn
和电机转速，运算后得到两个正交信号，一个与零序电压u
sn
同相位，另一个滞后零序电压90
°
，避免了直接对零序电压积分造成的积分饱和影响。
[0052]
本发明提出的方法中，在变换器和电机之间加入一个三相平衡电阻网络，并用改进的二阶广义积分器取代传统的积分器，即可实现永磁电机在正常和定子绕组不平衡情况下无位置传感器控制正常运行，同时消除了积分饱和带来的位置信号不准确问题，是一种有效提高电机可靠运行的控制方法。
[0053]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。