一、概述

轉(zhuǎn)子初始位置對(duì)電機(jī)的起動(dòng)性能至關(guān)重要，不準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置輕則導(dǎo)致起動(dòng)電流增大，重則導(dǎo)致轉(zhuǎn) 子出現(xiàn)反轉(zhuǎn)甚至起動(dòng)失敗，因此對(duì)于無機(jī)械式位置傳感器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子初始位 置檢測(cè)是必要的。根據(jù)檢測(cè)過程中轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)將初始位置檢測(cè)方法分為兩類：

1）轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，如轉(zhuǎn)子初始預(yù)定位法和低頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法等；

2）轉(zhuǎn)子保持靜止的方法，如電感參數(shù)矩陣法、系列等幅反向電壓脈沖法、六組等寬電壓脈沖法、 旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法、脈振高頻信號(hào)注入法等。

二、轉(zhuǎn)子初始預(yù)定位法

轉(zhuǎn)子初始預(yù)定位法是在電機(jī)啟動(dòng)之前，直接在電機(jī)的定子繞組中作用一個(gè)幅值和方向恒定的電壓矢 量，并持續(xù)一定時(shí)間，該電壓矢量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直方向的轉(zhuǎn)矩分量，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)子永磁體的 N 極方向與該電壓矢量方向一致，從而將轉(zhuǎn)子直接定位到了指定位置。轉(zhuǎn)子始預(yù)定位法的原理如圖一 所示，圖中 dq 軸系代表實(shí)際轉(zhuǎn)子位置，d Vq V軸系，當(dāng)向定子通入合成電流矢量 is 時(shí)，它在實(shí)際交軸方 向的分量 isq 所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩會(huì)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子至 d V軸方向。該方法原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，但是當(dāng)施加的電壓 矢量方向與永磁體 S 極方向接近時(shí)，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩很小，很可能無法拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使得 檢測(cè)誤差在 180°附近。為解決該問題，可以在定子繞組中依次施加三個(gè)互差 120°的電壓矢量，將轉(zhuǎn) 子逐步拖動(dòng)到預(yù)期位置，該方法降低了電壓矢量的幅值，同時(shí)也提高了預(yù)定位方法的可靠性。然而，這 類方法存在以下不足：1）定位過程轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)方向不固定；2）電機(jī)帶載時(shí)難以獲得較準(zhǔn) 確的初始位置。

三、低頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法

低頻旋轉(zhuǎn)電壓注入法在定子繞組中疊加低頻旋轉(zhuǎn)電壓矢量，該電壓矢量產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)迫使轉(zhuǎn)子 產(chǎn)生微動(dòng)，轉(zhuǎn)子微動(dòng)導(dǎo)致了反電勢(shì)的變化，進(jìn)而影響了定子繞組中的電流響應(yīng)，當(dāng)注入電壓的頻率較低 時(shí)，交軸電流響應(yīng)的脈動(dòng)規(guī)律與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)規(guī)律基本一致，從交軸電流的相位中可檢測(cè)出轉(zhuǎn)子位置信息。 該方法在檢測(cè)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)在初始位置附近不停的震蕩，降低了電機(jī)的使用壽命，也使其應(yīng)用場(chǎng)合受到嚴(yán)重限制，并且檢測(cè)結(jié)束后轉(zhuǎn)子在慣性作用下隨機(jī)停在任意位置，檢測(cè)誤差較大。有方法通過逐步 削弱注入電壓幅值的方式來循序降低轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)幅度，最終減小停機(jī)誤差。

四、電感參數(shù)矩陣法

電感參數(shù)矩陣法是一種基于電感辨識(shí)的轉(zhuǎn)子初始位置間接檢測(cè)方法。永磁同步電機(jī)電感矩陣中的參 數(shù)與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，有的方法是向定子繞組中通入兩個(gè)線性無關(guān)的電壓矢量，通過檢測(cè)其對(duì)應(yīng)的電流瞬 態(tài)響應(yīng)得到αβ軸電感參數(shù)矩陣，再根據(jù)該矩陣計(jì)算出轉(zhuǎn)子初始位置。由于電感參數(shù)矩陣的準(zhǔn)確性直接影 響了該方法的檢測(cè)精度，因此該方法對(duì)電流檢測(cè)電路的精度要求較高。

五、系列等幅反向電壓脈沖法

在永磁同步電機(jī)中，通入正負(fù)電壓矢量會(huì)對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生不同的去磁或增磁作用，進(jìn)而產(chǎn)生不同的電流 響應(yīng)，該電流幅值的差異與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，圖二給出了轉(zhuǎn)子在不同位置時(shí)電流差值與電壓矢量之間的對(duì) 應(yīng)關(guān)系。有研究者利用該原理提出了一種系列等幅反向電壓脈沖法來檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始位置，首先在 0°到 360°電角度范圍內(nèi)，每隔一定角度向定子繞組中施加兩個(gè)等幅、反向的電壓矢量，記錄兩者對(duì)應(yīng)的電 流響應(yīng)幅值的差異，該差異在 360°電角度周期內(nèi)呈正弦規(guī)律分布，當(dāng)電壓矢量方向與永磁體 N 極同 向時(shí)，該差異達(dá)到正向最大值；反之，該差異達(dá)到負(fù)向最大值，因此正向最大差異電流所對(duì)應(yīng)的電壓矢 量角即為轉(zhuǎn)子位置。該方法對(duì)電流檢測(cè)精度要求較高，并且初始位置檢測(cè)精度與電壓矢量角度的細(xì)化程 度相關(guān)，增加測(cè)試電壓矢量的數(shù)目可提高檢測(cè)精度，但也使得檢測(cè)過程更加復(fù)雜，持續(xù)時(shí)間更長。

六、六組等寬電壓脈沖法

六組等寬電壓脈沖法是系列等幅反向電壓脈沖法的簡(jiǎn)化方案，它僅需在定子繞組中疊加六個(gè)互差 60°的等寬電壓脈沖矢量，該脈沖矢量的施加方式如表一所示。該方法通過比較其電流響應(yīng)的幅值，即 可確定轉(zhuǎn)子初始位置所在的扇區(qū)。顯然該方法的檢測(cè)精度為 60°，通常用于永磁體磁極方向的判斷， 并與其他方法配合獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子初始位置。

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