電機位置零位偏角及其標(biāo)定.docx

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1、電機位置零位偏角及其標(biāo)定于新能源150kw的驅(qū)動電機而言，電機位置零位偏角（即旋變零位偏角或初始角）對電機輸出扭矩的精度至關(guān)重要。當(dāng)旋變零位偏角存在+/-2的電角度偏移，則會導(dǎo)致電機輸出扭矩在低速無弱磁區(qū)約+/-3Nm的誤差，且在高速弱磁區(qū)約+/-8Nm的誤差。1、旋變零位偏角以三相永磁同步電機為例，根據(jù)電機矢量控制技術(shù)，可確定各個坐標(biāo)系：1）靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC：定子繞組三相對稱，軸線相差120度，以定子UVW三相為參考，確定靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC，如圖1所示圖1.靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC2）靜止坐標(biāo)系αβ：α軸與A軸重合，超前α軸90度為β軸，如圖2所示。圖

2、2.靜止坐標(biāo)系α圖3.轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq3）轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq：電機轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生磁場的N極中心軸線作為直軸d軸；而超前直軸90度的位置定義為交軸q軸。dq軸是以轉(zhuǎn)子同步的角速度ω旋轉(zhuǎn)，假設(shè)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)的方向為正，如圖3所示。4）旋變零位：是指旋變位置零位，旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦輸出繞組中感應(yīng)電壓最小時，電機轉(zhuǎn)子位置就是電氣零位，輸出電壓就是零位電壓。假設(shè)當(dāng)dq軸坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)至d’q’位置時，旋變實際測量所輸出的角度為零，則定義d’軸位置為旋變零位，如圖4所示，旋變零位是固定不變的。圖4.d軸與旋變零位重合示意圖圖5.轉(zhuǎn)子位置角度示意圖5）旋變

3、實際測量輸出的角度θ：圖4中d軸與旋變零位重合，當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，則旋變零位與d軸會形成一個夾角θ，如圖5所示，夾角θ就是旋變實際測量所輸出的角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至d軸與零位重合時，則旋變實際測量所輸出角度θ=0.如圖4所示。6）旋變零位偏角δ：為旋變零位與A軸的夾角，即電機所需標(biāo)定的角度，如圖4所示。7）電機轉(zhuǎn)子位置角度θr：為d軸與A軸的夾角，如圖5所示，可知:θr=θ+δ。2.為什么每臺電機都需做旋變零位偏角的標(biāo)定根據(jù)永磁同步電機的矢量控制，為了電機輸出的力矩最大化，定子繞組產(chǎn)生電磁場始終與轉(zhuǎn)子永磁場正交，就需要準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子位置角度θr，

4、即準(zhǔn)確得到θ和δ。對于旋變實際測量角度的精度，取決于旋變的電氣誤差、輸出正交軸誤差、解碼計算誤差、旋變本身的制造精度等因數(shù)，在此不考慮。對于旋變零位偏差的精度，理想狀態(tài)下，電機的開發(fā)設(shè)計階段是可以確保旋變傳零位與A軸重合，即δ=0.但實際因電機生產(chǎn)過程中，存在加工偏差和安裝偏差，導(dǎo)致旋變安裝定位不一致，以至于每臺電機的旋變偏角不一致。故下線檢測時每臺電機都需要做旋變零位偏角標(biāo)定。3.旋變零位偏角的標(biāo)定1).標(biāo)定方法一當(dāng)給定某三相電流，使得UVW三相合成電流is始終指向A軸，即U相，此時電流is產(chǎn)生的感應(yīng)磁場和轉(zhuǎn)子永磁體的磁場相互作用，使得d軸（

5、即轉(zhuǎn)子的N極）與A相重合。此時可讀取旋變實際測量角度為θ，如圖6所示，則可計算出旋變零位偏角：δ=360-θ。圖6根據(jù)上述的理論，在工程應(yīng)用中，可實現(xiàn)手動標(biāo)定和自動標(biāo)定兩種方法。手動標(biāo)定：利用一個低壓直流電源和一個旋變解算設(shè)備，將電機繞組的U相接通正極，V相和W相接負(fù)極，接通電源時，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定的位置，此時，旋變解算設(shè)備讀到角度θ。若90<θ<360,則旋變零位偏角：δ=360-θ;若θ<=90,則旋變零位偏角：δ=θ。自動標(biāo)定：將上述提到的手動標(biāo)定過程內(nèi)置到電機控制器內(nèi)部，電機空載，給定電機控制器DC電壓，控制U相電電流為某一值，V相和

6、W相電流為相應(yīng)的負(fù)值（即U相上半橋閉合，V/W相下班橋閉合），則電機會轉(zhuǎn)子至某一固定位置，即A軸與d軸重合，旋變讀取的角度即為旋變零位偏角。由于軸承摩擦力的存在和慣性的作用，上述標(biāo)定過程，都會導(dǎo)致旋變零位與A軸重合產(chǎn)生偏差，另外，因機械公差，對于一個機械旋轉(zhuǎn)的每個電周期測得的角度偏移可能會有所不同。因此，必須考慮通過為每個電周期重復(fù)標(biāo)定并計算平均角度來確定旋變零位偏角。同理，還可通過電機控制器在電壓環(huán)中直接給β軸電壓矢量，來標(biāo)定出旋變零位偏角。此標(biāo)定方法：方法簡單，易實現(xiàn)自動標(biāo)定。標(biāo)定出來的旋變零位偏角精度較高。2).標(biāo)定方法二PSM電機的扭矩

7、方程：T=3/2p（ΨpIq+（Ld-Lq）IdIq）當(dāng)旋變零位偏角正確，且旋變采樣正確時，給定的Id、Iq時，則電機輸出扭矩為T；給定Id、-Iq時，則電機輸出的扭矩為-T。在給定的電流下，只有當(dāng)旋變零位偏角正確時，電機輸出的扭矩T最大。根據(jù)上述理論，可利用電機本身的控制器和動態(tài)測試臺架來確定旋變零位偏角的標(biāo)定：Step1:給電機控制供DC額定電壓，電機控制在扭矩模式；同時，待標(biāo)電機被測控機拖動到某一定速，例如3000rpm,但不能弱磁轉(zhuǎn)速區(qū)，測控機記錄電機輸出扭矩；Step2:通過電機控制手動給定d軸電流Id；Step3:標(biāo)定修改旋變零位偏

8、角，記為δ；Step4:手動給定q軸電流Iq；Step5:讀取電機輸出扭，記為T+;Step6:手動給定q軸電流-Iq;Step7:再次讀取電機輸出扭