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电机的位置传感器零位偏角及其标定

时间:2021-05-11 点击次数:

电机定位传感器的零位偏角(即转动的零位偏角或初始角度)是电机输出力矩精度的关键。对新能源驱动的150KW马达而言,在零偏角为+/-2的情况下,电机输出扭矩为低速无弱磁区+/-3Nm,高速弱磁区+/-8Nm。

下面是电机位置传感器的零偏角及其校正,也就是转动的零偏角及其校正。

什么是旋转的零偏角呢?为什么每一个电机都需要校正一个零旋变偏斜?如何对旋变零点偏角进行校正?第一个旋转式传感器的零偏角。


微型位移传感器LW-141

并以三相永磁同步电机为例,根据电机矢量控制技术,确定各个坐标系。

静坐标系ABC:定子绕组三相对称,轴差120度,参考UVW三相,确定静坐标系ABC。

ABC,静标系。

静止坐标系αβ:α轴与a轴重合,前α轴90度角为β轴。

静止标系αβ

三)。同步旋转坐标系统dq:电机转子磁极所产生磁场的N极中心轴为直轴d轴,直轴前90度角被定义为交q轴。Dq轴以转子同步角速度ω旋转,以转子逆时针方向旋转,Dq系为转子同步旋转坐标。

四)转换器零点:指转换器零点。在旋转变压器的正弦输出绕组中,在最长时间内,转子的位置是电零点,输出电压是零点。假定在dq轴坐标系中旋转到d'和q'位置时,旋转变压器实际测得的输出角为零,定义d'轴位置为旋转变压器零,旋转变压器固定为零。

第五)旋转式传感器实际测量输出的角度楔:轴与旋转式零位重合。在转子继续逆时针方向旋转时,旋转零位和d轴形成一个角度楔,这个角度楔是旋转传感器实际测量的输出的角度。转子在d轴上旋转的时候,旋转的传感器实际测量的是输出的角度楔=0度,见图4。

六)旋转式传感器零偏角δ:在旋转式零点到a轴之间的角度,也就是电动机要求的校准角度。

七)如图5所示,马达转子位置角δr:d:d轴和a轴之间的角度。可见r=δ+δ。

永磁同步电机目前主要应用于电动驱动,因此上述角度需要将其转换为相应的电动角度。

为什麽每个马达都需要校正回转零偏角?

通过对PMSM矢量控制,使电机输出力矩最大化,使定子绕组产生的电磁场始终与转子永磁场呈正交,因此需要精确获取转子位置的角度δr,即精确获取δ和δ。

基于旋转传感器电性能误差、输出正交轴误差、解码计算误差、制造精度等因素,将旋转传感器实际测量的角度下下下坡忽略。

对旋转式传感器零偏角δ的精度而言,在理想状态下,电机的研制阶段可以保证旋转式传感器零偏角与a轴的重合,即旋转式零偏角δ=0。但是,由于电机生产过程中存在加工、安装偏差,使得各电机的旋转传感器实际位置不一致,从而导致各电机的旋转传感器位置不一致。所以,在在线检测时,每台电机都需要校准旋转传感器的零偏角。

校准转动的零偏角。

标定方法一旦给定三相电流,UVW三相合成电流is就总是指向A轴,U轴,此时该电流is产生的感应磁场与转子永磁体的磁场相互作用,使d轴(即转子的N极)与A轴重合。此时旋变传感器的实际测量角度为,因此可求出旋变传感器的零位偏角δ=360-δ。

根据上述理论,在实际工程中,可实现定子电流is指向a轴的手动和自动校准。

手工标定:采用低压DC电源,采用旋转传感器计算装置,将马达绕组的U与正极,V与W与负极连接。马达在接上电源后,转子转动到指定位置。这时,旋转传感器,计算设备的读出角。若为9000,则旋转传感器的零位偏角为δ=360-δ;若为9000,则旋转传感器的零位偏角为δ。

自校验:上述手动校验过程内置于电机控制器内,电机空载,给定电机控制器DC电压,u相电流控制在一定值内,v相电流和w相电流控制在相应的负值内,电机转子转到某一位置,a、d轴重合,旋转读数为旋转零位偏角。

上述标定过程,由于轴承摩擦和惯性的作用,可能会导致旋转零点与a轴重合的偏差。此外,由于机械公差的存在,各机械转动周期测定的角度偏差也可能不同。这就需要考虑旋转零位偏差的确定,通过对各个功率周期的重复校准,计算平均角度。类似地,电机控制器也可以直接给β轴电压矢量,并在电压环中校正旋转零位偏差。

该标定方法:方法简单,易于实现自动标定。定标旋转零位偏角精度高。

标定方法2。

变频电机转矩方程:

在正确的旋转零偏角和旋转采样量下,给定Id和Iq,电机输出扭矩为T;给定Id和-Iq,电机输出扭矩为T。当电流一定时,只要转动零偏角正确,电机输出的转矩T就是最大的。

基于以上理论,可利用电机自身的控制器和动态测试台,对旋转的零偏角进行标定:

为电机控制DC额定电压,电机控制在力矩模式;同时,待标电机由测控机拖曳到一定的速度,如3000rpm,但不能减弱磁力转速区,测控机记录电机输出力矩;

第二步:手动确定d轴电流d,由电机控制;

标记3:校准修改零偏转角,记下。

输入4:手动给出q轴电流Iq;

读出电机输出力矩,记为T+;

六:手动给出q轴电流-Iq;

再读一遍电机的输出力矩,记下T-;

Step8:重复以上step3到Step7的操作,直到T+和T-正负对称,绝对值相等,并且成功地旋转零偏角校准。该标定方法基本靠试凑,效率低,不易实现自动标定;可用于验证和优化旋转零偏角的精度。

利用无位置传感器的方法,计算出电机转子的位置角,并减去实际的旋变量测角,从而求得电机的零偏角。没有位置传感器的转子位置角估计策略有很多种,见图7。

该标定方法不需要测控器,且无位置传感器时,其估计精度直接决定了转零角的精度。

标定方法4。

采用反电势波形对电机转子位置角波形进行正确反应。标定过程中,需要用仪器将标定电机拖曳到一定的转速,电机就会产生相应的反电动势。该方法首先通过外接功率分析器检测反电动势的波形,进而推出电机转子位置角的波形;二是通过软件控制算法,电机控制器可进入主动短接工作状态,即三相IGBT进入上半桥全开/下半桥全闭或上半桥全闭/下半桥全开工作状态,电机会发热。三相电流在此产生的波形可计算转子位置角和旋转零点角。

该校验方法:需要借助测控机实现自动校验。标定旋转零位偏角的精度非常高。

以上是经常提到的四种零旋变偏角的标定方法,当然也有许多其它的标定方法,它们都是从电机控制模型和算法中产生的理论。最后,让我多说几句废话:熟悉电机的控制模型和算法,了解各种不同的校正方法和策略。

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