同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，包括：依次連接的轉(zhuǎn)矩傳感器、A／D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、D／A轉(zhuǎn)換模塊和電流發(fā)生器，其中，控制器通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電流發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電流矢量施加在同步電機(jī)的定子上。本發(fā)明還提供相應(yīng)的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本裝置采用扭矩傳感器和電流發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始定位，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，初始定位精度高、噪音小、無(wú)需電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、運(yùn)行可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，不僅適用于電勵(lì)磁同步電機(jī)，也適用于永磁同步電機(jī)。
【專利說(shuō)明】同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，更具體地說(shuō)，設(shè)計(jì)利用扭矩大小來(lái)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]同步電機(jī)具有啟動(dòng)力矩大的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確初始定位是實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)的必要條件?，F(xiàn)有的方法有絕對(duì)值編碼器法、電壓模型法和轉(zhuǎn)矩電流法。
[0003]絕對(duì)值編碼器法是利用絕對(duì)值編碼器的特點(diǎn)，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)可以直接從絕對(duì)值編碼器上讀取轉(zhuǎn)子位置信息。這種方法簡(jiǎn)單可靠。缺點(diǎn)是硬件的投入以及第一次安裝時(shí)存在的校準(zhǔn)問(wèn)題。
[0004]電壓模型方法是在電勵(lì)磁同步電機(jī)領(lǐng)域廣泛使用的一種方法。轉(zhuǎn)子投入勵(lì)磁的瞬間在定子側(cè)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，電壓模型方法是對(duì)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行積分來(lái)計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置的。這種方法需要定子側(cè)的電壓傳感器，僅適用于電勵(lì)磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)無(wú)法使用。
[0005]轉(zhuǎn)矩電流法是在電機(jī)空載時(shí)可以使用的一種方法。電機(jī)空載、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁情況下，定子通入一定量的直流電流。加入轉(zhuǎn)子位置和給定定子磁場(chǎng)不一致，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到定子磁場(chǎng)位置。該方法僅可用于空載場(chǎng)合，而且需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、易調(diào)試、精度高、可靠性強(qiáng)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始定位裝置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，包括:依次連接的轉(zhuǎn)矩傳感器、A / D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、D / A轉(zhuǎn)換模塊和電流發(fā)生器；
[0008]矩傳感器的輸入端用于連接同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)；
[0009]轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端連接到A / D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)；
[0010]A / D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到控制器的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)被送入控制器進(jìn)行處理；
[0011]控制器的輸出端連接到D / A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，控制器將產(chǎn)生的電流矢量給定數(shù)字信號(hào)傳輸于D/A轉(zhuǎn)換模塊；
[0012]D / A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到電流發(fā)生器的輸入端，D / A轉(zhuǎn)換模塊將控制器傳輸過(guò)來(lái)的電流矢量給定數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流矢量給定模擬信號(hào)，并傳輸于電流發(fā)生器；
[0013]電流發(fā)生器根據(jù)D / A轉(zhuǎn)換模塊傳輸來(lái)的電流矢量給定模擬信號(hào)產(chǎn)生電流矢量作用于同步電機(jī)上。
[0014]優(yōu)選地，控制器通過(guò)D / A轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電流發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電流矢量施加在同步電機(jī)的定子上。[0015]優(yōu)選地，系統(tǒng)上電后轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩模擬量信號(hào)，通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入控制器；電流發(fā)生器的電流矢量幅值根據(jù)同步電機(jī)的帶載情況來(lái)確定；電流發(fā)生器的產(chǎn)生的電流矢量幅值不變，基本坐標(biāo)軸任意設(shè)定，根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率產(chǎn)生三相正弦信號(hào)施加在電機(jī)定子上，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正弦的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；
[0016]判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，如果不為零，則根據(jù)基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差來(lái)修正基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，然后重新判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，直至相位差為零即完成轉(zhuǎn)子初始定位。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1:系統(tǒng)上電，完成初始化；
[0019]步驟2:同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，控制器通過(guò)D / A轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電流矢量信號(hào)施加在同步電機(jī)的定子上；
[0020]步驟3:轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)，通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊被控制器采集；
[0021]步驟4:控制器比較發(fā)出的電流矢量信號(hào)和采集來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，判斷轉(zhuǎn)矩信號(hào)的原點(diǎn)和電流矢量信號(hào)的原點(diǎn)是否重合；如果重合則定位結(jié)束，如果不重合則根據(jù)所述發(fā)出的電流矢量信號(hào)和采集來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的差值修正電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，重新執(zhí)行步驟2、步驟3和步驟4。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]本裝置采用扭矩傳感器和電流發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始定位，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，初始定位精度高、噪音小、無(wú)需電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、運(yùn)行可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，不僅適用于電勵(lì)磁同步電機(jī)，也適用于永磁同步電機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0025]圖1是本發(fā)明的電路原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是本發(fā)明初始定位流程圖。
[0027]圖中:U1-轉(zhuǎn)矩傳感器，U2-A / D轉(zhuǎn)換模塊，U3-控制器，U4_D / A轉(zhuǎn)換模塊，U5_電流發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]圖1所示，電路主要由轉(zhuǎn)矩傳感器U1、A / D轉(zhuǎn)換模塊U2、控制器U3、D / A轉(zhuǎn)換模塊U4和電流發(fā)生器U5構(gòu)成?？刂破鱑3的輸出端連接到D / A轉(zhuǎn)換模塊U4的輸入端，控制器U3產(chǎn)生電流矢量給定數(shù)字信號(hào)傳輸于D / A轉(zhuǎn)換模塊U4 ;D / A轉(zhuǎn)換模塊U4的輸出端連接到電流發(fā)生器U5的輸入端，D / A轉(zhuǎn)換模塊U4將控制器U3傳輸過(guò)來(lái)的電流矢量給定數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流矢量給定模擬信號(hào)，并傳輸于電流發(fā)生器U5 ；電流發(fā)生器U5根據(jù)D / A轉(zhuǎn)換模塊U4傳輸來(lái)的電流矢量給定模擬信號(hào)產(chǎn)生電流矢量作用于同步電機(jī)上。在同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接轉(zhuǎn)矩傳感器Ul，轉(zhuǎn)矩傳感器Ul產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)；轉(zhuǎn)矩傳感器Ul連接到A / D轉(zhuǎn)換模塊U2的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊U2轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)；A / D轉(zhuǎn)換模塊U2的輸出端連接到控制器U3，表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)被送入控制器U3進(jìn)行處理。
[0030]參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例中，首先對(duì)系統(tǒng)上電，然后轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，控制器通過(guò)D / A轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電流發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電流矢量施加在同步電機(jī)的定子上。由于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩模擬量信號(hào)，通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入控制器。電流發(fā)生器的電流矢量幅值可根據(jù)電機(jī)的帶載情況來(lái)確定，對(duì)于空載電機(jī)，電流幅值取值較小，不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)。電流發(fā)生器的產(chǎn)生的電流矢量幅值不變，基本坐標(biāo)軸任意設(shè)定，根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率產(chǎn)生三相正弦信號(hào)施加在電機(jī)定子上，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正弦的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，如果不為零，根據(jù)基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差來(lái)修正基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，然后重新判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，直至相位差為零即可以完成轉(zhuǎn)子初始定位。
[0031]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，其特征在于，包括:依次連接的轉(zhuǎn)矩傳感器、A / D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、D / A轉(zhuǎn)換模塊和電流發(fā)生器； 轉(zhuǎn)矩傳感器的輸入端用于連接同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)； 轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端連接到A / D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)； A / D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到控制器的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號(hào)被送入控制器進(jìn)行處理； 控制器的輸出端連接到D / A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，控制器將產(chǎn)生的電流矢量給定數(shù)字信號(hào)傳輸于D/A轉(zhuǎn)換模塊； D / A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到電流發(fā)生器的輸入端，D / A轉(zhuǎn)換模塊將控制器傳輸過(guò)來(lái)的電流矢量給定數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流矢量給定模擬信號(hào)，并傳輸于電流發(fā)生器； 電流發(fā)生器根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換模塊傳輸來(lái)的電流矢量給定模擬信號(hào)產(chǎn)生電流矢量作用于同步電機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，其特征在于，控制器通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電流發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電流矢量施加在同步電機(jī)的定子上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位裝置，其特征在于，系統(tǒng)上電后轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩模擬量信號(hào)，通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入控制器；電流發(fā)生器的電流矢量幅值根據(jù)同步電機(jī)的帶載情況來(lái)確定；電流發(fā)生器的產(chǎn)生的電流矢量幅值不變，基本坐標(biāo)軸任意設(shè)定，根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率產(chǎn)生三相正弦信號(hào)施加在電機(jī)定子上，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正弦的轉(zhuǎn)矩信號(hào)； 判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，如果不為零，則根據(jù)基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差來(lái)修正基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，然后重新判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩信號(hào)的零點(diǎn)相位差是否為零，直至相位差為零即完成轉(zhuǎn)子初始定位。
4.一種同步電機(jī)扭矩檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:系統(tǒng)上電，完成初始化； 步驟2:同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，控制器通過(guò)D / A轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電流矢量信號(hào)施加在同步電機(jī)的定子上； 步驟3:轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號(hào)，通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換模塊被控制器采集; 步驟4:控制器比較發(fā)出的電流矢量信號(hào)和采集來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，判斷轉(zhuǎn)矩信號(hào)的原點(diǎn)和電流矢量信號(hào)的原點(diǎn)是否重合；如果重合則定位結(jié)束，如果不重合則根據(jù)所述發(fā)出的電流矢量信號(hào)和采集來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的差值修正電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，重新執(zhí)行步驟2、步驟3和步驟4。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103607157SQ201310528828
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】姜建國(guó), 徐亞軍, 戴鵬, 羅*, 喬樹通 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)