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摘要：本文介绍了内置式永磁同步电机（IPMSM）矢量控制系统，提出了一种高频注入算法在空调应用上的结合，解决了高频注入算法初始位置观测准确性的问题，同时针对高速和低速的结合应用，提出一种高速和低速的过渡方案，实验证明该方案能有效在判别初始位置后能有效启动空调，同时能实现低速到高速的过渡运行。

关键词：永磁电机；高频注入；初始位置估计；过渡切换

1.引言

永磁同步电机的无位置传感器算法分为高速无传感算法和低速无传感器算法[1]，目前还没有一种兼容高速和低速的无传感器算法，高速无传感器算法主要是通过反电势模型来观测转子位置；但是，在低速领域[2-4]，常用方案处理是使用VVVF控制将电机拖动到较高转速后切换到高速无传感器算法[5]。本文研究永磁同步的低速算法，提出一种初始定位和高频注入结合的方案，确保启动的可靠性。最后采用一台80KW的IPMSM样机对控制方案进行验证。

2.高频激励下永磁同步电机的数学模型

1）高频激励下永磁同步电机的数学模型

假设注入高频电压信号的角频率为，幅值为，则注入高频电压信号可以表示为：

注入高频电压的频率远远高于信号基波频率，故高频激励下永磁同步电机的模型可以简化为：

由此可以得到高频激励下永磁同步电机的电流响应为：

式中，正负相序的电流分量幅值分别为：

从上面可以看出，只有负序电流分量：包含有转子位置信息，需采用适当的信号处理技术将它提取出来已实现对转子位置的检测。

2）利用凸极效应跟踪转子位置的方法：

要实现电机的低速控制，首先要提取高频注入电流中的负序分量，然后再从负序分量量检测出转子位置，为了提取电流中的负序分量，必须很好的使用滤波器，滤掉基波电流、高频信号电流的正序分量、PWM开关频率谐波电流。控制框图如下所示：

通过外差法调节矢量角度的误差为0，就可以使得转子位置的估计角度收敛于真实角度。

3.高频注入法在内置式永磁同步电机的仿真分析

为了验证算法的正确性，对一台内置式永磁同步电机在matlab下进行了软件仿真。对内置式永磁同步电机在注入频率为500Hz，电压0.6V信号后的波形。经过带通滤波器后，波形如图2所示：电流波形中只含有高频正负序分量，基波分量已经被滤除。

在将高频正负序分量滤掉高频正序分量，只剩下高频负序分量。如图3所示。

4.高频注入法在内置式永磁同步电机的实验研究

为了验证以上算法的正确性，对一台内置式永磁同步电机样机进行了相关实验。实验用永磁同步电机参数如表1。

图4给出了电动机双闭环启动的开机效果，黄色的波形是旋变输出的电机真实角度波形，青色的角度波形是旋变观测的角度波形，两个角度波形重叠在在一起，说明高频注入观测的角度和真实角度很接近。

图5给出了电动机双闭环低频运行的控制效果，在5hz时，高频注入观测的角度和电机旋变的真实角度完全一样，没有误差验证了高频注入的正确性。其中，黄色的波形是旋变输出的电机真实角度波形，青色的角度波形是旋变观测的角度波形。

5.结论

本文主要分析了高频信号注入下永磁同步电机的数学模型基础上，利用d、q轴抗的凸极效应，实现了永磁同步电机的转子位置自检测和电机的低速运行。实验和仿真表明，这种基于凸极跟踪的转子位子估计的检测方法可以有效观测出转子位置和速度，能获得较好的动静态控制效果。

参考文献：

[1] 林平，胡长生，等.基于模型参考自适应系统算法的速度估算核研制[J]．中国电机工程学报，2004，24（1）：118-123．

[2] 邹继斌，徐永向．正弦波无刷直流电机的新型转子位置检测方法[J]．中国电机工程学报，2002，22（12）：47-49．

[3] 刘毅．基于传感器集成概念的永磁同步电机转子位置检测[J]．电工电能新技术，2004，23（4）：60-64．

[4] 秦峰，贺益康．永磁同步电机转子位置的无传感器自检测[J]．浙江大学学报，2004，38（4）：465-469．

[5] 贺益康．永磁型无轴承电机的无传感器运行研究[D]．中国电机工程学报，2004，24（11）．101-105.