永磁同步电机初始位置检测及启动方法

作者简介 何伟民（1987-），男，山西省高平市人。大 学本科学历。助理工程师。研究方向为变电运 行维护。
作者单位 山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公 司 山西省高平市 048400
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程 • 199
本文采用霍尔磁极检测法方案，该方案 在转子微小转动的基础上便可以实现转子初始 位置的准确定位，实现接近负载咬合启动。硬 件成本低、效率高，是一种较为理想的方案。
霍尔磁极检测器的的 UVW 三相信号用来 检测磁极位置，首先粗略估计出转子磁极当前 的位置，使电机咬合负载启动，然后电机运行 过程中通过检测光栅编码器的 Z 信号进行校 正。
• 电力电子 Power Electronics
表 1：UVW 状态与转子电空间对应表

UVW 状态
110
010
011
001
101
100
区间
0°～ 60°
60°～ 120°
120°～ 180°
180°～ 240°
240°～ 300°
300°～ 360°
（5） 电机启动时，ωr=0，则运动方程可写为：
• Power Electronics 电力电子
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
文/徐志书 杨金鹏 岳宗帅 李东东 王婕
摘
本 文 从 节 省 成 本 角 度 出 发，
提出基于霍尔磁极对转自初始位 要 置检测及启动方案，为永磁同步
电机拖动系统与伺服系统工程研
究提供方案参考。
【关键词】永磁同步电机 初始位置检测 启动 方法
3.3 负载短路抑或接地技术
如果在变电系统运行过程中，变电器发 生了短路或接地的故障，会使变压器内部存在 大量的电流，电流会使绕组产生一定程度的形 变，最终会对油质产生不可逆转的影响。所以
为了变压器的安全，应该在变压器的高压位置 运用跌落式熔断器，在变压器的低压位置运用 空气断路器。但是熔断丝的选择需要使变压器 在出现短路故障时能够使其断开，或是在电压 过载时断路器能够跳开。
1 概述
永磁同步电机的初级磁场与次级磁场的 相互作用产生电磁转矩，只有在转子以同步速 运行，即初级磁场与次级磁场相对静止时才能 产生有效的电磁转矩。假设永磁同步电机刚启 动时，直接通以额定频率与幅值的交流电，此 时定子磁场静止，转子磁场是以同步速前进的 圆形磁场，转子磁极所受电磁推力每半个周期 变化一次，一个周期平均电磁推力为零，永磁
3.4 电线拉合
在电路能够安全运行的过程中，如果电 线在拉合的过程中，信号还能够继续显示出来， 那么可能是两根及以上的电路出现了接地的现 象。
参考文献 [1] 姚 勇 , 刘 富 荣 , 李 璐 . 电 力 工 程 变 电
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2 转子初始位置检测原理
为 d、q 轴方向电流；Ld、Lq 为 d、q 轴电感； rs 为定子内阻；p 为微分算子；ψr 为转子永磁 体磁链；ω 为转子角速度。
转矩方程为：
运动方程为：
（2）
（3） 其中：Te 为电磁转矩；TL 为负载转矩； ωr 为转子角速度；np 为电机极对数；J 为电机 转动惯量；B 为阻尼系数。 对于表面式永磁同步电机，Ld=Lq，于是 转矩方程为：
4 结语
综上所述，在电力系统中维持电网的正 常运行需要利用变电运行技术。但是在变电运 行的过程中，也容易出现安全事故，所以需要 有针对性的对其进行研究，从而找出相应的解 决方案，最终降低安全事故发生的机率。但是 在电路跳闸过程中应该将引起跳闸事件的原因 进行分析之后，才能够有针对性的采取相应的 解决措施。
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只能连接一个总的接地线物体； （3）人工接地线的位置不应该选择在建
筑物的内部，并且总接地体内存在的电阻应该 能够达到最小接地电阻的要求。
根据这三点原则应该将变压器的低压位 置采用中性点接地的接地模式，如果电路不能 够负荷电压，而且在中性点的位置上电流非常 大，或是地线没有按照相应的规范进行安装， 使接地线内部的电阻增大，这种方式不仅仅会 使中性点的电位发生一定程度的改变，而且会 增加电力系统安全事故发生的概率。因此，需 要定期检查接地线是否能够安全运行，并且需 要检测接地电阻是否能够符合相关的要求。如 果接地电阻超过相应的标准应该科学合理的使 用降阻剂来使电阻能够保持在正常值之内。
根据永磁同步电机在 d-q 坐标系下的数学 模型，永磁同步电机在 d-q 坐标系下的电压方 程为：
（1） 式中：ud、uq 为 d、q 轴方向电压； id、iq
（4） 当 d、q 轴电流参考值确定、坐标变换角 度确定，变频器就能在 d-q 坐标系下输出一个 幅值、方向确定的电流矢量，假设电机转子初
始角度为 θ，当给定子电流施加幅值为 is，方 向为 θt 的电流时 , 此时电机转矩可写为：
同步电机无法实现自启动。启动前获得转子实 际位置的是永磁同步电机实现矢量控制的必要 条件。
目前工程上常用的启动方法有开环启动 法、绝对位置法、固定矢量电流法、绝对位置 法、霍尔磁极检测法、转子位置观测器法、高 频注入法、脉冲信号注入法等。开环启动法不 需要额外的硬件，但它无法实现最大转矩启动； 绝对位置法具有较高的精度，但对硬件要求比 较高，增加了硬件成本，通用性不高。固定矢 量电流法简单易行，但是在高精度控制场合， 尤其是在电机正常运行之前不允许电机转子存 在角位移的场合时无法适用。
（6） 若给定定子电流幅值大小足够，可以满 足当 0<θt–θ<π 时，Te–TL>0，电机逆时针转动； 当 –π<θt–θ<0 时，Te–TL<0，电机顺时针转动； 当 θt–θ=0 或 θt–θ=π，电机不转；由此不断试探， 通过电机转子的转动方向判断转子初始位置。
3 永磁同步电机转子初始位置检测及实 现