專利名稱：同步電動機轉子位置檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機技術，具體說就是一種同步電動機轉子位置檢測方法及其裝置。 背景技術：
在交流傳動系統中，同步電機傳動系統相對異步電機傳動系統具有功率因數高、 轉子位置可測、效率高、定轉子氣隙大，控制性能好等優(yōu)點，功率等級也比一般異步電機傳 動系統要大。對于20MW及以上功率等級的場合一般采用交直交電流型逆變器供電的負載 換相同步電動機傳動系統，拖動大型鋼鐵冶金企業(yè)的高爐鼓風機應用的就是這種大功率同 步電動機，但是起動困難極大地限制了大功率同步電動機在工業(yè)中的應用。相對于傳統的 起動方式，自控式變頻軟起動方式有著不可比擬的技術優(yōu)勢，其起動電流倍數、起動時間可 調，起動過程中可以進行限流，同時獲得足夠大的起動轉矩；起動功率因數高并且可控，對 電網質量可以起到改善作用，其起動諧波不會對同電網的其他設備造成電磁干擾；能夠保 證一次起動成功，且可重復起動；電機運行可以實現軟起，軟停，四象限運行；實現一拖N方 式，即多臺機組可共用1套設備，降低投資額度；整步并網易實現，對電網沖擊??；設備靜 止，維修方便。在這種自控變頻軟起動過程中，如何準確實時地獲取轉子位置信息，實現整 流橋和逆變橋的精確控制，對同步電機的穩(wěn)定運行是至關重要的。傳統的轉子位置檢測都 需要附加一個轉子位置檢測裝置，有電磁式和光電式等不同種類。附加轉子位置檢測器會 增加安裝難度并且降低可靠性，在惡劣的工業(yè)環(huán)境或者控制柜與電機分離距離較長不適于 數據通信的情況下，加轉子位置檢測器會對電機的安全穩(wěn)定運行造成影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電機起動過程不需要附加位置檢測器檢測轉子位置、 全程采用無速度傳感器方法獲得轉子位置信息、提高起動系統長期工作可靠性、延長起動 系統使用壽命的同步電動機轉子位置檢測方法及其裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現的所述的同步電動機轉子位置檢測裝置，它是由晶 閘管交_直-交電流型變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器和控制系統組成的，晶閘管 交-直-交電流型變頻器連接轉子位置檢測器，轉子位置檢測器連接控制系統，控制系統連 接同步電動機。本發(fā)明同步電動機轉子位置檢測裝置，還有以下技術特征(1)所述的晶閘管交-直-交電流型變頻器包括整流橋、逆變橋和直流平波電抗 器，整流橋連接逆變橋，整流橋和逆變橋分別連接直流平波電抗器。(2)所述的控制系統采用DSP控制，它包括整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零 點采樣電路、逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路、繼電控制和AD檢測限幅電 路，整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路連接逆變橋電機側輸出電壓幅值及過 零點采樣電路，逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路連接繼電控制和AD檢測限 幅電路。(3)所述的整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、 第九電阻R9、第十電阻R10、第11電阻1 11、電阻41 1、電阻41 2、運放似4、似8、似(、似0、肌 電壓電流互感器DVDI001組成，網側A相電壓VA經第一電阻R1連接到DVDI001的輸入端， DVDI001另一端與B相電壓VB連接，AR1與DVDI001輸出并聯，AR2連接在DVDI的輸出端 和運放U2B的負極輸入，運放U2B負極輸入和輸出之間接第二電阻R2，運放U2B輸出和運放 U2A負極輸入之間接第三電阻R3，運放U2A的負極輸入和輸出之間接第四電阻R4，運放U2A 的輸出和運放U2D負極輸入間接第八電阻R8，第九電阻R9 —端連接-1. 5V電壓，另一端連 接運放U2D負極輸入，運放U2D負極輸入和輸出間接第十電阻R10，第十一電阻R11 —端與 運放U2D輸出連接，一端連接DSP的AD檢測輸入端口 Rec_Vab，運放U2A的輸出與運放U2C 的負極輸入間接第五電阻R5，第六電阻R6 —端連接+12V電壓，一端連接運放U2C的輸出 端，第七電阻R7 —端與運放U2C輸出連接，一端與DSP捕獲端口 Vab_ZC連接。運放U2A的 第四管腳與+12V連接，第十一管腳與-12V連接，運放U2A，U2B, U2C，U2D的正極輸入端都 與地AGND相連。(4)所述的逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路由第六十電阻R60、第 六i^一電阻R61、第六十二電阻R62、第六十三電阻R63、第六十四電阻R64、第六十五電阻 R65、第六十六電阻R66、第六十七電阻R67、第六十八電阻R68、第六十九電阻R69、第七十電 阻R70、電阻AA1、電阻AR7、電阻AR8、運放U12B、U12A、U12C、U12D和U11電壓電流互感器 DVDI001組成，第六十電阻R60 —端接電機側A相電壓M_VA，一端接繼電器控制輸出，電阻 AA1 一端與第六十電阻R60相連，一端與DVDI001輸入相連，DVDI001另一輸入端與電機側 B相電壓M_VB連接，電阻AR7與DVDI001輸出并聯，AR8連接在DVDI的輸出端和運放U12B 的負極輸入，運放U12B負極輸入和輸出之間接第六十一電阻R61，運放U12B輸出和運放 U12A負極輸入之間接第六十二電阻R62，運放U12A的負極輸入和輸出之間接第六十三電阻 R63，運放U12A的輸出和運放U12D負極輸入間接第六十七電阻R67，第六十八電阻R68 —端 連接-1. 5V電壓，另一端連接運放U12D負極輸入，運放U12D負極輸入和輸出間接第六十九 電阻R69，第七十電阻R70 —端與運放U12D輸出連接，一端連接DSP的AD檢測輸入端口 Motor_Vab，運放U12A的輸出與運放U12C的負極輸入間接第六十四電阻R64，第六十五電阻 R65 一端連接+12V電壓，一端連接運放U12C的輸出端，第六十六電阻R66 —端與運放U12C 輸出連接，一端與DSP捕獲端口 MVab_ZC連接，運放U12A的第四管腳與+12V連接，第十一 管腳與-12V連接，運放U12A，U12B, U12C，U12D的正極輸入端都與地AGND相連。(5)所述的繼電控制和AD檢測限幅電路由第九十三電阻R93、第一三極管N1、第 一二極管D1和第一繼電器NKK1組成，第九十三電阻一端連接DSP控制輸出接口，一端連 接第一三極管m的基極，第一三極管m的發(fā)射極接地AGND，第一三極管m的集電極接第 一二極管D1的陽極，第一二極管D1的陽極與第一繼電器NKK1的第二管腳C2輸入端連接， 第一二極管D1的陰極與第一繼電器NKK1的第一管腳C1輸入端連接，第一二極管D1的陰 極還連接+12V，第一繼電器NKK1的第三管腳CK與繼電器控制輸出MM_VA連接，第一繼電器 NKK1的第四管腳COM與電機側相電壓M_VA相連。本發(fā)明一種同步電動機轉子位置檢測方法，在電機靜止狀態(tài)下采用突加勵磁電流 利用DSP采樣瞬時電機感應電動勢的極性和幅值來判斷轉子位置，低于8%額定轉速斷續(xù) 換相時通過采樣過零點判斷轉子位置，8%-60%額定轉速區(qū)間負載換相時對由他相換相和本相換相引起的誤過零信號進行軟件捕獲判斷屏蔽，大于60%額定轉速通過三相相關關系由前一次過零信號的正負判斷當前過零信號的正負。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)電機起動過程不需要附加位置檢測器檢測轉子位置，全程采用無速度傳感器 方法獲得轉子位置信息，提高了起動系統長期工作的可靠性，并延長了起動系統的使用壽 命。(2)整個系統的檢測和控制可以通過一片DSP主控芯片實現，不需要復雜的附加 電路，簡化了硬件部分的實現難度。(3)在軟件的處理過程中也不需要復雜的控制算法，并能保證系統運行的可靠性， 使電動機能一次起動成功。


圖1為本發(fā)明的自控變頻同步電機結構圖；圖2為本發(fā)明的突加勵磁轉子分區(qū)對應反電勢關系圖；圖3為本發(fā)明的電網側電壓幅值和過零點檢測電路圖；圖4為本發(fā)明的電機側反電勢幅值和過零點檢測電路圖；圖5為本發(fā)明的繼電控制電路圖；圖6為本發(fā)明AD檢測限幅電路圖；圖7為本發(fā)明的突加勵磁感應反電勢波形圖；圖8為本發(fā)明的低速起動過零檢測與反電勢對應波形圖；圖9為本發(fā)明的晶閘管他相換相引起的本相誤過零信號圖；圖10為本發(fā)明的晶閘管本相換相引起的誤過零信號圖；圖11為本發(fā)明的額定轉速時的起動過程反電勢波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 結合圖1、圖3、圖4、圖5，本發(fā)明同步電動機轉子位置檢測裝置，它是由 晶閘管交_直-交電流型變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器和控制系統組成的，晶閘管 交-直-交電流型變頻器連接轉子位置檢測器，轉子位置檢測器連接控制系統，控制系統連 接同步電動機。本發(fā)明同步電動機轉子位置檢測裝置，還有以下技術特征所述的晶間管交_直_交電流型變頻器包括整流橋、逆變橋和直流平波電抗器，整 流橋連接逆變橋，整流橋和逆變橋分別連接直流平波電抗器。所述的控制系統采用DSP控制，它包括整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采 樣電路、逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路、繼電控制和AD檢測限幅電路，整 流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路連接逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點 采樣電路，逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路連接繼電控制和AD檢測限幅電路。所述的整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電 阻R9、第十電阻R10、第11電阻R11、電阻AR1、電阻AR2、運放U2A、U2B、U2C、U2D、U1電壓電 流互感器DVDI001組成，網側A相電壓VA經第一電阻Rl連接到DVDI001的輸入端，DVDI001 另一端與B相電壓VB連接，ARl與DVDIOO1輸出并聯，AR2連接在DVDI的輸出端和運放U2B 的負極輸入，運放U2B負極輸入和輸出之間接第二電阻R2，運放U2B輸出和運放U2A負極 輸入之間接第三電阻R3，運放U2A的負極輸入和輸出之間接第四電阻R4，運放U2A的輸出 和運放U2D負極輸入間接第八電阻R8，第九電阻R9 —端連接-1. 5V電壓，另一端連接運放 U2D負極輸入，運放U2D負極輸入和輸出間接第十電阻R10，第十一電阻Rl 1—端與運放U2D 輸出連接，一端連接DSP的AD檢測輸入端口 Rec_Vab，運放U2A的輸出與運放U2C的負極輸 入間接第五電阻R5，第六電阻R6 —端連接+12V電壓，一端連接運放U2C的輸出端，第七電 阻R7 —端與運放U2C輸出連接，一端與DSP捕獲端口 Vab_ZC連接。運放U2A的第四管腳 與 +12V連接，第i^一管腳與-12V連接，運放U2A，U2B, U2C，U2D的正極輸入端都與地AGND 相連。所述的逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路由第六十電阻R60、第 Ai電阻R61、第六十二電阻R62、第六十三電阻R63、第六十四電阻R64、第六十五電阻 R65、第六十六電阻R66、第六十七電阻R67、第六十八電阻R68、第六十九電阻R69、第七十電 阻R70、電阻AA1、電阻AR7、電阻AR8、運放U12B、U12A、U12C、U12D和Ull電壓電流互感器 DVDI001組成，第六十電阻R60 —端接電機側A相電壓M_VA，一端接繼電器控制輸出，電阻 AAl 一端與第六十電阻R60相連，一端與DVDI001輸入相連，DVDI001另一輸入端與電機側 B相電壓M_VB連接，電阻AR7與DVDI001輸出并聯，AR8連接在DVDI的輸出端和運放U12B 的負極輸入，運放U12B負極輸入和輸出之間接第六十一電阻R61，運放U12B輸出和運放 U12A負極輸入之間接第六十二電阻R62，運放U12A的負極輸入和輸出之間接第六十三電阻 R63，運放U12A的輸出和運放U12D負極輸入間接第六十七電阻R67，第六十八電阻R68 —端 連接-1. 5V電壓，另一端連接運放U12D負極輸入，運放U12D負極輸入和輸出間接第六十九 電阻R69，第七十電阻R70 —端與運放U12D輸出連接，一端連接DSP的AD檢測輸入端口 Motor_Vab，運放U12A的輸出與運放U12C的負極輸入間接第六十四電阻R64，第六十五電阻 R65 一端連接+12V電壓，一端連接運放U12C的輸出端，第六十六電阻R66 —端與運放U12C 輸出連接，一端與DSP捕獲端口 MVab_ZC連接，運放U12A的第四管腳與+12V連接，第十一 管腳與-12V連接，運放U12A，U12B, U12C，U12D的正極輸入端都與地AGND相連。所述的繼電控制和AD檢測限幅電路由第九十三電阻R93、第一三極管Ni、第一二 極管Dl和第一繼電器NKKl組成，第九十三電阻一端連接DSP控制輸出接口，一端連接第 一三極管m的基極，第一三極管m的發(fā)射極接地AGND，第一三極管m的集電極接第一二 極管Dl的陽極，第一二極管Dl的陽極與第一繼電器NKKl的第二管腳C2輸入端連接，第 一二極管Dl的陰極與第一繼電器NKKl的第一管腳Cl輸入端連接，第一二極管Dl的陰極 還連接+12V，第一繼電器NKKl的第三管腳CK與繼電器控制輸出MM_VA連接，第一繼電器 NKKl的第四管腳COM與電機側相電壓M_VA相連。本發(fā)明一種同步電動機轉子位置檢測方法，在電機靜止狀態(tài)下采用突加勵磁電流 利用DSP采樣瞬時電機感應電動勢的極性和幅值來判斷轉子位置，低于8%額定轉速斷續(xù) 換相時通過采樣過零點判斷轉子位置，8%-60%額定轉速區(qū)間負載換相時對由他相換相和本相換相引起的誤過零信號進行軟件捕獲判斷屏蔽，大于60%額定轉速通過三相相關關系 由前一次過零信號的正負判斷當前過零信號的正負。實施例2 結合圖2-圖10，圖3為電網側電壓幅值和過零點檢測電路，相電壓大小 VA和VB直接經取樣電阻Rl接入互感器DVDI001，DVDIOO1是小型臥式精密交流電壓電流通 用互感器，其額定電流為6mA，耐壓3kV，工作頻率為20Hz-20kHz，采樣非線性度小于0. 1 %， 對于工頻信號0-380V的采樣范圍非常適用，經過DVDI001將電壓信號變?yōu)樾‰娏餍盘?，?互感器副邊經電阻ARl再變?yōu)殡妷盒盘?，經過放大器U2A和U2B信號放大處理后分為兩路， 第一路為運放U2C過零比較電路，與地電平比較后得到AB線電壓的過零信號Vab_ZC輸入 到DSP的捕獲端口，第二路為幅值檢測電路，在前兩級運放網絡運算后得到的是一個交流 電平，由于DSP的AD模塊只支持正電壓，因此要把前兩級運放獲得的采樣電壓抬高1. 5V電 平，獲得正電壓，需要注意的是第三級運放U2D為1 1的反相放大電路，前兩級的采樣在 電網電壓最大380V時輸入到U2D的時候不能超過士 1. 5V。運放U2A-U2D采用4運放芯片 LM324，對于硬件采樣電路為了避免產生相移影響控制精度，不使用電容元件，只利用運放 電路本身的低通濾波效果進行濾波。BC和CA兩相電網側線電壓信號處理和AB相類似。圖4為電機側反電勢幅值和過零點檢測電路。在電機低速運行時(< 8%額定轉 速)，定子反電勢很小頻率很低，信號檢測會出現困難，因此DVDI001的進線電阻使用兩個 電阻串聯，其中AAl為較小的值供低速使用，AAl和R60的串聯值供高速使用，當低速運行 時，在圖5中Signal_C0n控制信號為高電平，三極管附導通，控制繼電器NKKl的M_VA端 和MM_VA吸合，即將圖4中的R60電阻短路掉，只使用AAl電阻，DVDI001的輸入電流變大 使后級運放網絡獲得相對較大的采樣信號幅度，當電機轉速達到8%額定轉速以上時，定子 反電勢幅值逐漸增大，控制信號SignalCon變?yōu)榈碗娖?，繼電器斷開，R60和AAl串聯作為 DVDI001的輸入電阻，這個設計保證了電機起動過程中反電勢幅值從零到額定值變化時都 能使控制器AD模塊采樣到幅值大小合適且精度較高的信號，在信號處理最后輸出與DSP的 AD接口相接之前，加入如圖6所示的3. 3V限幅電路，在幅值超過AD的允許范圍時以保護 AD模塊，但是不會影響過零信號的采集，這將有助于轉子位置檢測的實現。圖7為電機靜止狀態(tài)突加勵磁式的感應電動勢波形。在程序中AD將檢測到的感 應電動勢大小進行處理并判斷轉子位置所處扇區(qū)，在分區(qū)點附近可能會產生分區(qū)錯誤，這 是可以預料到的，因為AD檢測的精度會影響分區(qū)判斷的準確性，這個錯誤在軟件中可以加 以判斷，分區(qū)判斷錯誤的點，兩相的采樣值是接近的，當出現這種情況時，如果是在鄰近兩 相(以電機轉動方向為正)的第二相，則分區(qū)判斷正確，如果是判斷到了前一相，如本來應 該是分區(qū)5，但是判斷到了分區(qū)4，這樣在軟件中修正其分區(qū)為5，如果正確的分區(qū)為4，但是 判斷為5，則也加以修正，這樣改正只是相超前角在60°和0°之間的區(qū)別，也就是轉矩大 小的區(qū)別，不會對起動造成影響。圖8為低速起動過零檢測與反電勢對應波形，在低速斷續(xù)換相狀態(tài)不會引起由于 換相重疊導致的過零震蕩，因此獲得過零信號后可以不加軟件處理直接給出觸發(fā)脈沖。圖9為晶閘管他相換相引起的本相誤過零信號。在剛剛切換到負載換相，反電勢大小不夠高時，可能出現由于其它相的晶閘管換相引起的本相振蕩尖峰，這個尖峰大到會 引發(fā)第一種誤過零信號，由波形中看到這種誤過零信號都是緊接著出現在臨近一相的真過 零信號之后，這種過零信號會引起轉子位置的判斷錯誤進而導致觸發(fā)分區(qū)錯誤，例如在Uab的正過零信號到來時，觸發(fā)V1、V6兩只管子，但是緊接而來的u。a負誤過零會觸發(fā)V1、V2兩只管子，由于不是在換相超前角Y0 = 60°處觸發(fā)，并且三只管子同時導通，不會產生換相 效果而是會立刻引起電機起動失敗，因此必須加以避免。這個誤過零信號的延續(xù)時間長度 和反電勢的周期有關，與反電勢周期成正比，與輸出頻率成反比，因此可以通過在軟件上采 取時間屏蔽處理方法，避免使用復雜的硬件濾波處理等算法增大DSP運算的壓力，以Uab為 例，在Uab過零時刻的捕獲中斷處理中屏蔽可能引起誤過零信號的u。a相的捕獲中斷使能， 通過定時器進行一個與反電勢頻率成反比的時間延遲后，保證度過誤過零信號的長度后重 新使能u。a相的捕獲中斷，等待正確的過零時刻到來進入捕獲中斷，對于其它兩相的處理類 似。圖10為本相換相引起的誤過零信號，從波形中可以看到，這種由本相電流換相引 起的過零信號振蕩都是發(fā)生在第一個真實過零點之后，即第一個過零點才是真正的反電勢 線電壓過零點，接下來的過零信號振蕩是由于換相引起的誤過零信號，對于這種誤過零信 號，以AB線電壓Uab為例，在進入第一個真過零捕獲中斷后，屏蔽Uab的捕獲中斷使能信號， 在下一個對應的ub。捕獲中斷里再把Uab的中斷使能，其它兩相采用類似方法屏蔽誤過零信 號。對于正過零點和負過零點的確定，控制系統對一個周波的正負過零都進行捕獲， 在線電壓過零點到來進入捕獲中斷時，對正負過零判斷變量清零，在AD檢測中斷中對半個 周波中的采樣值進行正負運算及計數，在下一個捕獲中斷中判斷上一個半波AD采樣值正 的個數或者負的個數，設定比較區(qū)間，當上個半波中采樣正值的數量大于設定最低值時，則 過零點為正過零，反之為負過零。實施例3 結合圖1、圖2，本發(fā)明的目的是為了實現自控變頻同步電動機軟起動全 程無位置檢測器檢測轉子位置完成對三相整流橋和逆變橋的控制，實現同步電動機從靜止 到額定轉速的無轉子位置檢測器軟起動。電機自控變頻軟起動系統主回路如圖1所示。它 由晶閘管交-直-交電流型變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器(PS)以及控制系統構成， 晶閘管變頻器主電路由整流橋、逆變橋和直流平波電抗器組成?？刂葡到y中主控芯片為美 國德州儀器公司的TMS320F2812型DSP。同步電動機軟起動系統在低于8%額定轉速時工 作在斷續(xù)換相狀態(tài)，在8%至額定轉速之間工作在負載換相狀態(tài)。將轉子位置的檢測分為靜 止、低速(< 8%額定)、中速(8% -60%額定轉速)，高速(60% -100%額定轉速)這幾個 階段。靜止狀態(tài)下對勵磁機突然投入直流勵磁電流，通過采集瞬時感應電動勢的極性和 大小對轉子位置進行判斷，120°導通的橫向換流逆變橋換相工作點在一個周波中有六個， 圖2為突加勵磁感應電動勢與逆變橋觸發(fā)分區(qū)的對應圖，DSP通過運行AD檢測瞬時感應電 動勢，獲得靜止狀態(tài)下的轉子初始位置分區(qū)，給出第一個相應的逆變橋觸發(fā)脈沖。在電機靜 止轉子位置確定后給出第一個觸發(fā)脈沖后，電機會轉動起來，同步電動機在低速運行時采 用斷續(xù)換相，整流橋的觸發(fā)角在換相時不會對系統造成影響，因此在低速運行時可以借用 步進電機的控制方式，給出一個遞進的觸發(fā)脈沖頻率，只要這一觸發(fā)頻率的增速不超過同 步電動機的轉速增速，就不會造成電機失步。在電機運行半周后反電勢會出現第二次過零 點，這次過零點由信號檢測電路檢測可以判斷出實際的轉子位置信息，繼而按照感應電動 勢線電壓過零信號獲得的轉子位置分區(qū)，給出觸發(fā)脈沖一直持續(xù)到轉速達到8%額定值。
當電機轉速達到8%額定轉速以上時，電機由斷續(xù)換相切換至負載換相。此時通過 檢測電機反電勢過零點判斷轉子位置，因此，電機反電勢過零點的精確獲取對實際轉子位 置的準確判斷至關重要。晶間管換相會引起換相尖峰導致誤過零信號，具體分為他相換相 引起的本相誤過零信號以及本相換相引起的本相誤過零信號兩類，本發(fā)明提出了簡單有效 的檢測方法以及軟件處理方法，使電機能夠穩(wěn)定運行在負載換相狀態(tài)。當檢測到電機反電 勢頻率達到30Hz時，進行第三次控制切換。隨著頻率的逐漸升高，半個周波內AD的采樣數 逐漸減少，信號檢測電路中的1. 5V電平稍有偏差會導致AD采樣電壓正負的判斷錯誤，進而 影響過零信號正負判斷的精確性。為了避免這種錯誤，在反電勢頻率達到30Hz以后，其幅 值已經足夠大不會引起上述的第二類誤過零信號，因此采用三相相關法來判斷過零信號是 正過零還是負過零，例如在上次過零信號到來時已經確定為正過零信號，那么這一次的過 零信號可以默認為是負過零信號，并給出相應觸發(fā)脈沖，由于電機轉速已經足夠高不會出 現中間誤過零信息，因此可以將轉速 繼續(xù)拉高至同步轉速。
權利要求
一種同步電動機轉子位置檢測裝置，它是由晶閘管交-直-交電流型變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器和控制系統組成的，其特征在于晶閘管交-直-交電流型變頻器連接轉子位置檢測器，轉子位置檢測器連接控制系統，控制系統連接同步電動機。
2.根據權利要求1所述的一種同步電動機轉子位置檢測裝置，其特征在于所述的晶 閘管交-直-交電流型變頻器包括整流橋、逆變橋和直流平波電抗器，整流橋連接逆變橋， 整流橋和逆變橋分別連接直流平波電抗器。
3.根據權利要求1所述的一種同步電動機轉子位置檢測裝置，其特征在于所述的控 制系統采用DSP控制，它包括整流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路、逆變橋電 機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路、繼電控制和AD檢測限幅電路，整流橋輸入電網側電 壓幅值以及過零點采樣電路連接逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路，逆變橋電 機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路連接繼電控制和AD檢測限幅電路。
4.根據權利要求3所述的一種同步電動機轉子位置檢測裝置，其特征在于所述的整 流橋輸入電網側電壓幅值以及過零點采樣電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、 第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻 R10、第11電阻R11、電阻AR1、電阻AR2、運放U2A、U2B、U2C、U2D、U1電壓電流互感器DVDI001 組成，網側A相電壓VA經第一電阻Rl連接到DVDI001的輸入端，DVDI001另一端與B相電 壓VB連接，ARl與DVDI001輸出并聯，AR2連接在DVDI的輸出端和運放U2B的負極輸入，運 放U2B負極輸入和輸出之間接第二電阻R2，運放U2B輸出和運放U2A負極輸入之間接第三 電阻R3，運放U2A的負極輸入和輸出之間接第四電阻R4，運放U2A的輸出和運放U2D負極 輸入間接第八電阻R8，第九電阻R9—端連接-1.5V電壓，另一端連接運放U2D負極輸入，運 放U2D負極輸入和輸出間接第十電阻R10，第十一電阻Rll —端與運放U2D輸出連接，一端 連接DSP的AD檢測輸入端口 Rec_Vab，運放U2A的輸出與運放U2C的負極輸入間接第五電 阻R5，第六電阻R6 —端連接+12V電壓，一端連接運放U2C的輸出端，第七電阻R7 —端與運 放U2C輸出連接，一端與DSP捕獲端口 Vab_ZC連接。運放U2A的第四管腳與+12V連接，第 i^一管腳與-12V連接，運放U2A，U2B, U2C，U2D的正極輸入端都與地AGND相連。
5.根據權利要求3所述的一種同步電動機轉子位置檢測裝置，其特征在于所述的 逆變橋電機側輸出電壓幅值及過零點采樣電路由第六十電阻R60、第六十一電阻R61、第 六十二電阻R62、第六十三電阻R63、第六十四電阻R64、第六十五電阻R65、第六十六電阻 R66、第六十七電阻R67、第六十八電阻R68、第六十九電阻R69、第七十電阻R70、電阻AA1、 電阻AR7、電阻AR8、運放U12B、U12A、U12C、U12D和Ull電壓電流互感器DVDI001組成，第 六十電阻R60 —端接電機側A相電壓M_VA，一端接繼電器控制輸出，電阻AAl —端與第六十 電阻R60相連，一端與DVDI001輸入相連，DVDIOO1另一輸入端與電機側B相電壓M_VB連 接，電阻AR7與DVDI001輸出并聯，AR8連接在DVDI的輸出端和運放U12B的負極輸入，運 放U12B負極輸入和輸出之間接第六十一電阻R61，運放U12B輸出和運放U12A負極輸入之 間接第六十二電阻R62，運放U12A的負極輸入和輸出之間接第六十三電阻R63，運放U12A 的輸出和運放U12D負極輸入間接第六十七電阻R67，第六十八電阻R68 —端連接-1. 5V電 壓，另一端連接運放U12D負極輸入，運放U12D負極輸入和輸出間接第六十九電阻R69，第 七十電阻R70 —端與運放U12D輸出連接，一端連接DSP的AD檢測輸入端口 Motor_Vab，運 放U12A的輸出與運放U12C的負極輸入間接第六十四電阻R64，第六十五電阻R65 —端連接+12V電壓，一端連接運放U12C的輸出端，第六十六電阻R66 —端與運放U12C輸出連接，一 端與DSP捕獲端口 MVab_ZC連接，運放U12A的第四管腳與+12V連接，第i^一管腳與-12V 連接，運放U12A，U12B, U12C，U12D的正極輸入端都與地AGND相連。
6.根據權利要求3所述的一種同步電動機轉子位置檢測裝置，其特征在于所述的繼 電控制和AD檢測限幅電路由第九十三電阻R93、第一三極管附、第一二極管D1和第一繼電 器NKK1組成，第九十三電阻一端連接DSP控制輸出接口，一端連接第一三極管m的基極， 第一三極管m的發(fā)射極接地AGND，第一三極管m的集電極接第一二極管D1的陽極，第 一二極管D1的陽極與第一繼電器NKK1的第二管腳C2輸入端連接，第一二極管D1的陰極 與第一繼電器NKK1的第一管腳C1輸入端連接，第一二極管D1的陰極還連接+12V，第一繼 電器NKK1的第三管腳CK與繼電器控制輸出MM_VA連接，第一繼電器NKK1的第四管腳COM 與電機側相電相連。
7.一種同步電動機轉子位置檢測方法，其特征在于在電機靜止狀態(tài)下采用突加勵磁 電流利用DSP采樣瞬時電機感應電動勢的極性和幅值來判斷轉子位置，低于8%額定轉速 斷續(xù)換相時通過采樣過零點判斷轉子位置，8%-60%額定轉速區(qū)間負載換相時對由他相換 相和本相換相引起的誤過零信號進行軟件捕獲判斷屏蔽，大于60%額定轉速通過三相相關 關系由前一次過零信號的正負判斷當前過零信號的正負。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全程采用無速度傳感器方法獲得轉子位置信息的同步電動機轉子位置檢測方法及其裝置。所述的同步電動機轉子位置檢測裝置，它是由晶閘管交-直-交電流型變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器和控制系統組成的，晶閘管交-直-交電流型變頻器連接轉子位置檢測器，轉子位置檢測器連接控制系統，控制系統連接同步電動機。本發(fā)明提高了起動系統長期工作的可靠性，并延長了起動系統的使用壽命。整個系統的檢測和控制可以通過一片DSP主控芯片實現，不需要復雜的附加電路，簡化了硬件部分的實現難度。在軟件的處理過程中也不需要復雜的控制算法，并能保證系統運行的可靠性，使電動機能一次起動成功。
文檔編號H02P6/20GK101820242SQ20091007321
公開日2010年9月1日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權日2009年11月17日
發(fā)明者何崇飛, 劉鑫, 徐殿國, 趙璋, 高強 申請人:哈爾濱同為電氣股份有限公司