電機的位置傳感器零位偏角及其標(biāo)定

電機定位傳感器的零位偏角(即轉(zhuǎn)動的零位偏角或初始角度)是電機輸出力矩精度的關(guān)鍵。對新能源驅(qū)動的150KW馬達(dá)而言，在零偏角為+/-2的情況下，電機輸出扭矩為低速無弱磁區(qū)+/-3Nm，高速弱磁區(qū)+/-8Nm。

下面是電機位置傳感器的零偏角及其校正，也就是轉(zhuǎn)動的零偏角及其校正。

什么是旋轉(zhuǎn)的零偏角呢？為什么每一個電機都需要校正一個零旋變偏斜？如何對旋變零點偏角進(jìn)行校正？第一個旋轉(zhuǎn)式傳感器的零偏角。

并以三相永磁同步電機為例，根據(jù)電機矢量控制技術(shù)，確定各個坐標(biāo)系。

靜坐標(biāo)系A(chǔ)BC：定子繞組三相對稱，軸差120度，參考UVW三相，確定靜坐標(biāo)系A(chǔ)BC。

ABC，靜標(biāo)系。

靜止坐標(biāo)系αβ：α軸與a軸重合，前α軸90度角為β軸。

靜止標(biāo)系αβ

三)。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)dq：電機轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生磁場的N極中心軸為直軸d軸，直軸前90度角被定義為交q軸。Dq軸以轉(zhuǎn)子同步角速度ω旋轉(zhuǎn)，以轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，Dq系為轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。

四)轉(zhuǎn)換器零點：指轉(zhuǎn)換器零點。在旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦輸出繞組中，在最長時間內(nèi)，轉(zhuǎn)子的位置是電零點，輸出電壓是零點。假定在dq軸坐標(biāo)系中旋轉(zhuǎn)到d'和q'位置時，旋轉(zhuǎn)變壓器實際測得的輸出角為零，定義d'軸位置為旋轉(zhuǎn)變壓器零，旋轉(zhuǎn)變壓器固定為零。

第五)旋轉(zhuǎn)式傳感器實際測量輸出的角度楔：軸與旋轉(zhuǎn)式零位重合。在轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)零位和d軸形成一個角度楔，這個角度楔是旋轉(zhuǎn)傳感器實際測量的輸出的角度。轉(zhuǎn)子在d軸上旋轉(zhuǎn)的時候，旋轉(zhuǎn)的傳感器實際測量的是輸出的角度楔=0度，見圖4。

六)旋轉(zhuǎn)式傳感器零偏角δ：在旋轉(zhuǎn)式零點到a軸之間的角度，也就是電動機要求的校準(zhǔn)角度。

七)如圖5所示，馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置角δr:d:d軸和a軸之間的角度?？梢妑=δ+δ。

永磁同步電機目前主要應(yīng)用于電動驅(qū)動，因此上述角度需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電動角度。

為什麼每個馬達(dá)都需要校正回轉(zhuǎn)零偏角？

通過對PMSM矢量控制，使電機輸出力矩最大化，使定子繞組產(chǎn)生的電磁場始終與轉(zhuǎn)子永磁場呈正交，因此需要精確獲取轉(zhuǎn)子位置的角度δr，即精確獲取δ和δ。

基于旋轉(zhuǎn)傳感器電性能誤差、輸出正交軸誤差、解碼計算誤差、制造精度等因素，將旋轉(zhuǎn)傳感器實際測量的角度下下下坡忽略。

對旋轉(zhuǎn)式傳感器零偏角δ的精度而言，在理想狀態(tài)下，電機的研制階段可以保證旋轉(zhuǎn)式傳感器零偏角與a軸的重合，即旋轉(zhuǎn)式零偏角δ=0。但是，由于電機生產(chǎn)過程中存在加工、安裝偏差，使得各電機的旋轉(zhuǎn)傳感器實際位置不一致，從而導(dǎo)致各電機的旋轉(zhuǎn)傳感器位置不一致。所以，在在線檢測時，每臺電機都需要校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)傳感器的零偏角。

校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動的零偏角。

標(biāo)定方法一旦給定三相電流，UVW三相合成電流is就總是指向A軸，U軸，此時該電流is產(chǎn)生的感應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體的磁場相互作用，使d軸(即轉(zhuǎn)子的N極)與A軸重合。此時旋變傳感器的實際測量角度為，因此可求出旋變傳感器的零位偏角δ=360-δ。

根據(jù)上述理論，在實際工程中，可實現(xiàn)定子電流is指向a軸的手動和自動校準(zhǔn)。

手工標(biāo)定：采用低壓DC電源，采用旋轉(zhuǎn)傳感器計算裝置，將馬達(dá)繞組的U與正極，V與W與負(fù)極連接。馬達(dá)在接上電源后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到指定位置。這時，旋轉(zhuǎn)傳感器，計算設(shè)備的讀出角。若為9000，則旋轉(zhuǎn)傳感器的零位偏角為δ=360-δ；若為9000，則旋轉(zhuǎn)傳感器的零位偏角為δ。

自校驗：上述手動校驗過程內(nèi)置于電機控制器內(nèi)，電機空載，給定電機控制器DC電壓，u相電流控制在一定值內(nèi)，v相電流和w相電流控制在相應(yīng)的負(fù)值內(nèi)，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，a、d軸重合，旋轉(zhuǎn)讀數(shù)為旋轉(zhuǎn)零位偏角。

上述標(biāo)定過程，由于軸承摩擦和慣性的作用，可能會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)零點與a軸重合的偏差。此外，由于機械公差的存在，各機械轉(zhuǎn)動周期測定的角度偏差也可能不同。這就需要考慮旋轉(zhuǎn)零位偏差的確定，通過對各個功率周期的重復(fù)校準(zhǔn)，計算平均角度。類似地，電機控制器也可以直接給β軸電壓矢量，并在電壓環(huán)中校正旋轉(zhuǎn)零位偏差。

該標(biāo)定方法：方法簡單，易于實現(xiàn)自動標(biāo)定。定標(biāo)旋轉(zhuǎn)零位偏角精度高。

標(biāo)定方法2。

變頻電機轉(zhuǎn)矩方程：

在正確的旋轉(zhuǎn)零偏角和旋轉(zhuǎn)采樣量下，給定Id和Iq，電機輸出扭矩為T；給定Id和-Iq，電機輸出扭矩為T。當(dāng)電流一定時，只要轉(zhuǎn)動零偏角正確，電機輸出的轉(zhuǎn)矩T就是最大的。

基于以上理論，可利用電機自身的控制器和動態(tài)測試臺，對旋轉(zhuǎn)的零偏角進(jìn)行標(biāo)定：

為電機控制DC額定電壓，電機控制在力矩模式；同時，待標(biāo)電機由測控機拖曳到一定的速度，如3000rpm，但不能減弱磁力轉(zhuǎn)速區(qū)，測控機記錄電機輸出力矩；

第二步：手動確定d軸電流d，由電機控制；

標(biāo)記3：校準(zhǔn)修改零偏轉(zhuǎn)角，記下。

輸入4：手動給出q軸電流Iq；

讀出電機輸出力矩，記為T+；

六：手動給出q軸電流-Iq；

再讀一遍電機的輸出力矩，記下T-；

Step8：重復(fù)以上step3到Step7的操作，直到T+和T-正負(fù)對稱，絕對值相等，并且成功地旋轉(zhuǎn)零偏角校準(zhǔn)。該標(biāo)定方法基本靠試湊，效率低，不易實現(xiàn)自動標(biāo)定；可用于驗證和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)零偏角的精度。

利用無位置傳感器的方法，計算出電機轉(zhuǎn)子的位置角，并減去實際的旋變量測角，從而求得電機的零偏角。沒有位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置角估計策略有很多種，見圖7。

該標(biāo)定方法不需要測控器，且無位置傳感器時，其估計精度直接決定了轉(zhuǎn)零角的精度。

標(biāo)定方法4。

采用反電勢波形對電機轉(zhuǎn)子位置角波形進(jìn)行正確反應(yīng)。標(biāo)定過程中，需要用儀器將標(biāo)定電機拖曳到一定的轉(zhuǎn)速，電機就會產(chǎn)生相應(yīng)的反電動勢。該方法首先通過外接功率分析器檢測反電動勢的波形，進(jìn)而推出電機轉(zhuǎn)子位置角的波形；二是通過軟件控制算法，電機控制器可進(jìn)入主動短接工作狀態(tài)，即三相IGBT進(jìn)入上半橋全開/下半橋全閉或上半橋全閉/下半橋全開工作狀態(tài)，電機會發(fā)熱。三相電流在此產(chǎn)生的波形可計算轉(zhuǎn)子位置角和旋轉(zhuǎn)零點角。

該校驗方法：需要借助測控機實現(xiàn)自動校驗。標(biāo)定旋轉(zhuǎn)零位偏角的精度非常高。

以上是經(jīng)常提到的四種零旋變偏角的標(biāo)定方法，當(dāng)然也有許多其它的標(biāo)定方法，它們都是從電機控制模型和算法中產(chǎn)生的理論。最后，讓我多說幾句廢話：熟悉電機的控制模型和算法，了解各種不同的校正方法和策略。

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