文档介绍：Harbin Institute of Technology
电机新技术
院 系： 电气工程及自动化
姓 名： XXX
学 号： XXXX
2012年5月
基于高频注入法的
由上式(1-6)可知，由注入高频电压信号得到的电流响应中，包含有转子 的位置角信息，即低频转子位置角信息对高频电流进行了调制作用。所形成的电 流矢量中包含有三个分量信息：第一个是与注入的高频电压信号同向旋转的正序 分量，第二个是与注入的高频电压信号反向旋转的负序分量；第三个零序分量只 存在于不对称三相系统中。对于对称的三相系统，定子电流矢量可表示为：
由上式(1-7)可以看出，转子的位置信息只存在于电流的负序分量中，因 此子的位置估算主要依据上式得出。
高频电流响应在转子旋转坐标系下，idi在d，q轴的分量id，＞ i •可分别表 示为：
i
di
兀 兀 兀
=I cos(① t — —6 ) +1 cos(6 —① t + ) = (I +1 )cos(① t — —6 )
ip i 2
r in
r i 2 ip in
i2r
1-8)
i
qi
=I sin@ t 一 —6 ) +1 sin(6
ip i 2 r in r
兀 兀
—co t + ) = (I — I )cos( co t — —6 )
i 2 ip in i 2 r
且上式(1-8)满足：
i 2 i 2
di + q = 1 (1-9)
(I +1 )2 (I -1 )2
ip in i p in
由数学关系可知，在转子旋转坐标系下高频电流相应的两个分量所形成的轨
迹是以(I. +1.)为长轴，(I. -I)为短轴的椭圆，且椭圆的长轴与转子旋转坐标 ip in ip in
系的d轴重合，则可知椭圆的长轴与a轴的夹角就是所需要计算的转子位置角。 图 1-2 即为转子在不同位置下的高频电流的轨迹图。由图可见，在转动过程中， 椭圆形状一直未变，则说明电机只存在一个空间凸极。
图 1-2 转子在不同位置下的高频电流的轨迹图
在两相静止坐标系下的电机定子侧注入高频电压信号v 的原理图如下图
afi
1-3 所示。将高频电压信号加载到电流调节器的输出端，得到的电流矢量只包含 正序和负序分量，但转子的位置信息只包含在电流信号的负序分量中，将得到的 电流响应信号变换到与载波电压信号同步的参考坐标系上，则正序的电流信号变 为直流值，可以很容易的用高通滤波器滤除。所以系统采用同步轴高通滤波器去 除基波分量和正序分量，则余下的负序分量可以被用来跟踪转子的凸极，实现转 子位置的检测。本系统利用电机作为旋转变压器，逆变器为载波注入的信号源。
图 1-3 高频电压信号注入的原理图
二、 基于凸极跟踪的转子位置检测方法
为了从负序电流分量中提取出转子的位置信息，就必须滤除掉电机电流中的 基频电流分量，低次谐波电流分量以及 PWM 开关谐波电流分量以及正相序电流 分量
［1, 2~4］。由于基频电流分量，低次谐波电流分量以及 PWM 开关谐波电流分 量与高频电流响应的频率差值较大，它们可以经过一般的带通滤波器进行滤除。 设计带通滤波器需要满足以下几个条件：(1)经过滤波器后高频电流信号的幅值 衰减及相位滞后都最小；(2)同时经过滤波器后基频的电流值及 PWM 开关电流 值的幅值衰减最大。本文采用时间延时电路再与原直轴电流信号做差的方法来实 现滤波，时间延时电路如下图 2-1 所示。
图 2-1 时间延时电路原理图
一般设置的延时时间为高频电流信号的半个周期，即T二兀/①，再将其与 i
延时前的电流做差。检测得到的两相直轴电流为：
ia
i P
ia b + ia i i P b + i P i
兀
I cos(① t 一甲)+1 cos(① t 一 ) +1 cos(2o t 一① t +
B r ip i 2 in r i
兀
I sin(① t一甲)+1 sin(① t 一 ) +1 sin(2w t 一① t + )
B r ip i 2
in
■I） 兀）
2-1)
上式中， i ,i 为基频电流。
ab P b
对于a轴，当电流信号延时T二兀/①后，可得:
i
/ 兀
i 二 I c o S3(—甲一①•一
ad B
+1 c o s （c21—①
i n r
上式再与延时前电流信号做差
i
+ 一兀 i2
可得:
、 /兀
+) I co s-(t —兀
i p i2
2-2)
i 一 i =一 21 sin)(t —Q—①
a a d B r
)®i
r
i