一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，是永磁同步電機驅動器向永磁同步電機通入固定方向的小電流使電機轉動，通過電機轉動的正反轉方向來判斷驅動器與電機的動力線的連接相序，然后對采集的轉子電角度進行校正，從而讓電機正常地運轉；本發(fā)明不需要知道驅動器與電機動力線的連接相序，可自行判斷連接相序；當連接相序不正確時，不需要重新連接動力線；因此，在電動汽車三相永磁同步電機驅動器研發(fā)或電動汽車的維修過程中，技術人員可隨意連接驅動器和電機的動力線，這樣就減少了線路連接及相序測試等繁瑣的工作，能大幅度提高研發(fā)和維修工作效率，有效地避免由相序錯誤而導致地電機或控制器燒毀事故。
【專利說明】—種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機驅動器動力線相序接錯的校正方法，特別涉及一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法。
【背景技術】
[0002]由于電動汽車無污染零排放，并且可以從多種能源獲得電力，因此電動汽車越來越受到人們的關注。交流永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，已成為電動汽車驅動的首選電機之一。目前，對純電動汽車用的永磁同步電機進行控制，是通過控制電機的三相定子電流以合成定向空間磁場。為了有效地控制磁場矢量的方向，需要準確的測量轉子位置。
[0003]對于永磁同步電機矢量控制，需要一個較為精確的初始位置角并且時刻采集轉子電角度。當電動汽車三相永磁同步電機驅動器的動力線與電機動力線連接相序確定時，此時可以得到一個轉子初始位置；但是當連接相序發(fā)生改變時，此時需要重新整定出一個轉子初始位置。
[0004]如果不重新整定轉子初始位置直接運行，可能會導致電機飛車或電機堵轉以致?lián)p壞電機的情況。因此永磁同步電機驅動器的動力線與電機動力線必須按一定的相序連接。如果相序連接不確定，必須對轉子初始位置角度進行整定或重新連接動力線。在初始位置整定過程中，傳統(tǒng)方法是反復啟動電機和重新連接動力線，這樣增加了許多繁瑣的整定工作，從而使研發(fā)周期或維修周期變長，且效率低下。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的在于，提供一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，這種方法可以通過永磁同步電機驅動器向永磁同步電機通入固定方向的小電流使電機略微轉動，通過電機轉動的正反轉方向來判斷驅動器與電機動力線的連接相序，然后根據(jù)判斷出來的相序對轉子初始角度和采集的轉子電角度進行校正，從而使電機正常地運轉。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:
一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于校正步驟如下: A，設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值；
B，通過判斷電機的旋轉方向來判斷驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的相序接法，判斷方式如下:
(1)啟動電機后，如果電機晃動幾下后在某個位置停下或不轉，則相序接法屬于反向接
法;
(2)啟動電機后,如果電機反方向旋轉(這個反方向旋轉是指什么反方向？是否也是由電機驅動器及編碼器決定)，則相序接法屬于同向接法；
C，根據(jù)判斷出的驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的相序接法，對采集到的轉子電角度進行一定的校正，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機；
D，重復以上步驟，不斷校正采集到的轉子電角度，直到電機能夠正方向運轉為止。
[0007]所述驅動器動力線端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步電機動力線端子包括端子U、端子V、端子W，驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子連接相序總共有六種，其中只有一種是正確相序，其余五種均是錯誤相序，所述正確相序為:端子A連接端子U，端子B連接端子V，端子C連接端子W ;其他五種連接相序包括:端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子
B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V均為錯誤相序。
[0008]所述五種錯誤相序包括反向接法和同向接法。
[0009]反向接法，包括三種接法:
端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的連接相序與正確相序是正好相反的，這三種錯誤相序之間互差120度電角度；
同向接法，包括兩種接法:
端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V ；
這兩種錯誤相序與正確相序互差120度電角度。
[0010]步驟C中所述校正的具體過程是:
一.當電機的相序接法是反向接法時，將采集的轉子電角度取反后加上60度電角度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機；
(I)如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上60度；
(2 )如果電機反方向旋轉，則將采集到的電角度取反后加上180度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機。如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，校正方法是將采集到的電角度取反后加上180度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，校正方法是將采集到的電角度取反后加上300度；
二.當電機的相序接法是同向接法時，則將采集到的電角度減去120度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機；如果電機正方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，校正方法是將采集到的電角度減去120度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V，校正方法是將采集到的電角度減去240度。
[0011]所述永磁同步電機驅動器向電機通入固定方向的小電流，所述小電流產生的定子合成磁場在轉子q軸方向，使電機正方向旋轉；該正方向是順時針方向或逆時針方向，由電機驅動器及編碼器決定。
[0012]所述固定方向的小電流的產生是通過空間矢量脈寬調制產生。
[0013]所述使電機轉動起來的最低電壓值Uq通過park逆變換和空間矢量脈寬調制產生。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明可以通過永磁同步電機驅動器向永磁同步電機通入固定方向的小電流使電機略微轉動，通過電機轉動的正反轉方向來判斷驅動器與電機動力線的連接相序，然后根據(jù)判斷出來的相序對轉子初始角度和采集的轉子電角度進行校正，從而使電機正常地運轉；本發(fā)明不需要知道驅動器與電機的動力線的連接相序，可以自行判斷驅動器與電機動力線的連接相序；當連接相序不正確時，不需要重新連接動力線；因此，在電動汽車三相永磁同步電機驅動器研發(fā)或電動汽車的維修過程中，技術人員可隨意連接驅動器和電機的動力線，這樣就減少了線路連接及相序測試等繁瑣的工作，能大幅度提高研發(fā)和維修工作效率，有效地避免由相序錯誤而導致地電機或控制器燒毀事故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12是本發(fā)明的相序
接法為端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V時定子磁場合成情況及轉子在不同的位置的轉動情況示意圖；
圖13是本發(fā)明的相序接法為端子A、端子B、端子C分別對應于對應于端子U、端子W、端子V轉子轉動趨勢圖；
圖14是本發(fā)明的相序接法為端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U時在O度電角度處定子磁場的示意圖；
圖15是本發(fā)明的相序接法為正確相序下在O度電角度處定子磁場的示意圖；
圖16是本發(fā)明的相序接法為端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U時在30度電角度處定子磁場的示意圖；
圖17是本發(fā)明的相序接法正確相序下在30度電角度處定子磁場的示意圖；
圖18是本發(fā)明的校正方法的具體實施流程圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作比較詳細地說明。
[0017]在本發(fā)明的方法步驟中，需要根據(jù)驅動器與電機動力線的連接相序，對采集的轉子電角度進行一定的校正。為了進一步理解上述校正方法，下面通過永磁同步電機的轉子磁場和定子磁場的相互作用來推導轉子電角度的具體校正方法。
[0018]轉子電角度校正方法的推導過程:
所述驅動器動力線端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步電機動力線端子包括端子U、端子V、端子W，驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子連接相序總共有六種，其中只有一種是正確相序，其余五種均是錯誤相序，所述正確相序為:端子A連接端子U，端子B連接端子V，端子C連接端子W ;其他五種連接相序包括:端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V均為錯誤相序。
[0019]假設電機按逆時針旋轉的方向為正方向，那么在逆時針方向上電機定子繞組U相超前V相120度，V相超前W相120度，W相超前V相120度。
[0020]驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的連接相序的反向接法，包括
二種接法:
端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W ；
驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的連接相序的同向接法，包括兩種接法:
端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U ；
端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V。
[0021]首先來分析反向接法中的端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的接法，其余兩種接法的分析過程類似。
[0022]假如轉子所在的初始電角度為O度，此時給定開環(huán)電壓值Ud=0，Uq=I ( I代表使電機轉動的最低電壓值)，經過park逆變換，可得Ua=0，Ub=0.866，Uc=-0.866，經過矢量空間調制技術后施加在電機定子上的電壓是Ua=0，Ub=0.866，Uc=-0.866。如果按正常的接法ABC對應UVW，則產生的定子磁場在q軸(90度方向)，轉子會逆時針旋轉。但是按端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的接法，定子磁場產生在270度方向，如圖1中WS所示。在這種情況下，電機順時針旋轉。
[0023]假設轉子所在的初始電角度為30度，給定開環(huán)電壓值Ud=0，Uq=I，經過park逆變換后，可得Ua=-0.5，Ub=I，Uc=-0.5，按端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的接法，定子磁場產生在240度方向，如圖2中WS所示。這種情況下，電機順時針旋轉。
[0024]同理可推出轉子所在初始位置為60度、90度、120度、150度、180度、210度、240度、270度、300度和330度的情況，如圖3到圖12所示。
[0025]從圖1到圖12中，可以總結得出:當相序接法為端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V時，在整個360度電角度范圍內，電機轉子將轉向兩個平衡位置，210度與240度之間的位置，30度與60度之間的位置，如圖13所示。在這種相序接法的情況下，電機會轉動幾下后停止在平衡位置。端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的相序接法與正確接法端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子V、端子W的順序相反，因而采集的實際轉子電角度是按正常接法采集的，要想將定子磁場合成在q軸位置的話，需要將采集的轉子電角度取反后再加上180度。以轉子所在位置330度的情況為例來說明在該相序下的電角度校正方法，如圖12所示。以電角度330度做park逆變換，可得Ua=0.5，Ub=0.5，Uc=-1,合成的定子磁場在300度電角度處。如果將電角度取反再加上180度即以-150度做park逆變換，可得Ua=0.5,Ub=-1,Uc=0.5，合成的定子磁場在60度電角度處即q軸。同理可知，在其它電角度處，將采集的轉子電角度取反后加上180度，最終合成的定子磁場在q軸處。因此在端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的相序接法的情況下，角度的校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上180度。
[0026]另外兩種反向接法，與端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的接法相比，順序相同，但互差了 120度電角度。這兩種相序接法的現(xiàn)象也是電機轉動幾下后停在某個平衡位置。同理可以推出端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U和端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W這兩種相序接法的角度校正方法:
在端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U的相序接法的情況下，角度的校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上60度。
[0027]在端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W的相序接法的情況下，角度的校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上300度。
[0028]對于兩種同向接法:端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U和端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V，與正確接法互差120度。
[0029]下面以端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U這種相序接法為例來分析兩種同向接法的角度校正方法。
[0030]以轉子初始角度在O度和30度為例來說明轉子的轉動情況。
[0031]假如轉子所在的初始電角度為O度，此時開環(huán)給定Ud=O，Uq=I經過park逆變換，可得Ua=-0，Ub=0.866，Uc=-0.866。按端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U的接法，定子磁場產生在210度方向，如圖15中的。圖14為正確接法，圖15為端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U的接法。
[0032]假如轉子所在的初始電角度為30度，此時開環(huán)給定Ud=0，Uq=I經過park逆變換，可得Ua=-0.5，Ub=I, Uc=-0.5。按端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U的接法，定子磁場產生在240度方向，如圖17中的WS所示。圖16為正確接法，圖17為端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U接法。
[0033]同理可推出轉子初始位置在其它電角度的情況。從圖14-圖17可以看出，與正確相序接法相比，這種相序接法相當于三相坐標ABC在逆時針方向旋轉了 120度，合成的定子磁場也逆時針方向旋轉了 120度。電機旋轉方向也變?yōu)轫槙r針旋轉。因此可得，端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U這種相序接法的角度校正方法是將采集的轉子電角度減去120度。角度校正后，合成的定子磁場與正確相序接法的情況是完全一樣。同理可得端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V接法的現(xiàn)象也是電機順時針旋轉，且電角度校正方法是將采集的轉子電角度減去240度。
[0034]從上述推導過程可以得到五種錯誤相序接法的全部校正方法。因此，可以得出本發(fā)明公開的校正方法的具體實施步驟，如圖18所示:
a、給定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最小電壓；
b、通過判斷電機的旋轉方向來判斷驅動器與電機動力線的相序:
(1)如果電機晃動幾下后在某個位置停下或不轉，則相序接法屬于反向接法；
(2)如果電機反方向旋轉，則相序接法屬于同向接法。
[0035]C、如果相序接法是反向接法，則將采集的轉子電角度取反后加上60度電角度，然后再按步驟a給定開環(huán)電壓值。[0036](I)如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上60度；
(2)如果電機反方向旋轉，則將采集到的電角度取反后加上180度，然后再按步驟a給定開環(huán)電壓值；如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，校正方法是將采集到的電角度取反后加上180度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，校正方法是將采集到的電角度取反后加上300度；
d、如果相序接法是同向接法，則將采集到的電角度減去120度，然后按步驟a給定開環(huán)電壓值；如果電機正方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，校正方法是將采集到的電角度減去120度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V，校正方法是將采集到的電角度減去240度。
【權利要求】
1.一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于校正步驟如下: A，設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值； B，通過判斷電機的旋轉方向來判斷驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的相序接法，判斷方式如下: (1)啟動電機后，如果電機晃動幾下后在某個位置停下或不轉，則相序接法屬于反向接法; (2)啟動電機后，如果電機反方向旋轉，則相序接法屬于同向接法； C，根據(jù)判斷出的驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子的相序接法，對采集到的轉子電角度進行一定的校正，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機； D，重復以上步驟，不斷校正采集到的轉子電角度，直到電機能夠正方向運轉為止。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于:所述驅動器動力線端子包括端子A、端子B、端子C，三相永磁同步電機動力線端子包括端子U、端子V、端子W，驅動器動力線端子與三相永磁同步電機動力線端子連接相序總共有六種，其中只有一種是正確相序，其余五種均是錯誤相序，所述正確相序為:端子A連接端子U，端子B連接端子V，端子C連接端子W ;其他五種連接相序包括:端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，或者端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V均為錯誤相序。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于，所述五種錯誤相序包括反向接法和同向接法，其中， 反向接法，包括三種接法: 端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V ； 端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U ； 端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W ； 端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V的連接相序與正確相序是正好相反的，這三種錯誤相序之間互差120度電角度； 同向接法，包括兩種接法: 端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U ； 端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V ； 同向接法的兩種錯誤相序與正確相序互差120度電角度。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于步驟C中所述校正的具體過程是: A.當電機的相序接法是反向接法時，將采集的轉子電角度取反后加上60度電角度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機； (I)如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子V、端子U，校正方法是將采集的轉子電角度取反后加上60度；(2 )如果電機反方向旋轉，則將采集到的電角度取反后加上180度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機； 如果電機正方向旋轉，則表示驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子U、端子W、端子V，校正方法是將采集到的電角度取反后加上180度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子U、端子W，校正方法是將采集到的電角度取反后加上300度； B.當電機的相序接法是同向接法時，則將采集到的電角度減去120度，然后再設定開環(huán)電壓值Ud為零，Uq為使電機轉動起來的最低電壓值，啟動電機；如果電機正方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接法是端子A、端子B、端子C分別對應于端子V、端子W、端子U，校正方法是將采集到的電角度減去120度；如果電機仍然是反方向旋轉，則表明驅動器與電機動力線接端子A、端子B、端子C分別對應于端子W、端子U、端子V，校正方法是將采集到的電角度減去240度。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于:所述永磁同步電機驅動器向電機通入固定方向的小電流，所述小電流產生的定子合成磁場在轉子q軸方向，使電機正方向旋轉；該正方向是順時針方向或逆時針方向，由電機驅動器及編碼器決定。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于:所 述固定方向的小電流的產生是通過空間矢量脈寬調制產生。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種電動汽車永磁同步電機驅動器動力線相序校正方法，其特征在于:所述定開環(huán)電壓值Ud和使電機轉動起來的最低電壓值Uq都是通過park逆變換和空間矢量脈寬調制產生的。
【文檔編號】H02P21/14GK103944477SQ201410135531
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】周虎, 楊平, 陳磊 申請人:中國東方電氣集團有限公司