電機的位置傳感器零位偏角及其標定

電機定位傳感器的零位偏角(即轉動的零位偏角或初始角度)是電機輸出力矩精度的關鍵。對新能源驅動的150KW馬達而言，在零偏角為+/-2的情況下，電機輸出扭矩為低速無弱磁區(qū)+/-3Nm，高速弱磁區(qū)+/-8Nm。

下面是電機位置傳感器的零偏角及其校正，也就是轉動的零偏角及其校正。

什么是旋轉的零偏角呢？為什么每一個電機都需要校正一個零旋變偏斜？如何對旋變零點偏角進行校正？第一個旋轉式傳感器的零偏角。

并以三相永磁同步電機為例，根據(jù)電機矢量控制技術，確定各個坐標系。

靜坐標系ABC：定子繞組三相對稱，軸差120度，參考UVW三相，確定靜坐標系ABC。

ABC，靜標系。

靜止坐標系αβ：α軸與a軸重合，前α軸90度角為β軸。

靜止標系αβ

三)。同步旋轉坐標系統(tǒng)dq：電機轉子磁極所產生磁場的N極中心軸為直軸d軸，直軸前90度角被定義為交q軸。Dq軸以轉子同步角速度ω旋轉，以轉子逆時針方向旋轉，Dq系為轉子同步旋轉坐標。

四)轉換器零點：指轉換器零點。在旋轉變壓器的正弦輸出繞組中，在最長時間內，轉子的位置是電零點，輸出電壓是零點。假定在dq軸坐標系中旋轉到d'和q'位置時，旋轉變壓器實際測得的輸出角為零，定義d'軸位置為旋轉變壓器零，旋轉變壓器固定為零。

第五)旋轉式傳感器實際測量輸出的角度楔：軸與旋轉式零位重合。在轉子繼續(xù)逆時針方向旋轉時，旋轉零位和d軸形成一個角度楔，這個角度楔是旋轉傳感器實際測量的輸出的角度。轉子在d軸上旋轉的時候，旋轉的傳感器實際測量的是輸出的角度楔=0度，見圖4。

六)旋轉式傳感器零偏角δ：在旋轉式零點到a軸之間的角度，也就是電動機要求的校準角度。

七)如圖5所示，馬達轉子位置角δr:d:d軸和a軸之間的角度。可見r=δ+δ。

永磁同步電機目前主要應用于電動驅動，因此上述角度需要將其轉換為相應的電動角度。

為什麼每個馬達都需要校正回轉零偏角？

通過對PMSM矢量控制，使電機輸出力矩最大化，使定子繞組產生的電磁場始終與轉子永磁場呈正交，因此需要精確獲取轉子位置的角度δr，即精確獲取δ和δ。

基于旋轉傳感器電性能誤差、輸出正交軸誤差、解碼計算誤差、制造精度等因素，將旋轉傳感器實際測量的角度下下下坡忽略。

對旋轉式傳感器零偏角δ的精度而言，在理想狀態(tài)下，電機的研制階段可以保證旋轉式傳感器零偏角與a軸的重合，即旋轉式零偏角δ=0。但是，由于電機生產過程中存在加工、安裝偏差，使得各電機的旋轉傳感器實際位置不一致，從而導致各電機的旋轉傳感器位置不一致。所以，在在線檢測時，每臺電機都需要校準旋轉傳感器的零偏角。

校準轉動的零偏角。

標定方法一旦給定三相電流，UVW三相合成電流is就總是指向A軸，U軸，此時該電流is產生的感應磁場與轉子永磁體的磁場相互作用，使d軸(即轉子的N極)與A軸重合。此時旋變傳感器的實際測量角度為，因此可求出旋變傳感器的零位偏角δ=360-δ。

根據(jù)上述理論，在實際工程中，可實現(xiàn)定子電流is指向a軸的手動和自動校準。

手工標定：采用低壓DC電源，采用旋轉傳感器計算裝置，將馬達繞組的U與正極，V與W與負極連接。馬達在接上電源后，轉子轉動到指定位置。這時，旋轉傳感器，計算設備的讀出角。若為9000，則旋轉傳感器的零位偏角為δ=360-δ；若為9000，則旋轉傳感器的零位偏角為δ。

自校驗：上述手動校驗過程內置于電機控制器內，電機空載，給定電機控制器DC電壓，u相電流控制在一定值內，v相電流和w相電流控制在相應的負值內，電機轉子轉到某一位置，a、d軸重合，旋轉讀數(shù)為旋轉零位偏角。

上述標定過程，由于軸承摩擦和慣性的作用，可能會導致旋轉零點與a軸重合的偏差。此外，由于機械公差的存在，各機械轉動周期測定的角度偏差也可能不同。這就需要考慮旋轉零位偏差的確定，通過對各個功率周期的重復校準，計算平均角度。類似地，電機控制器也可以直接給β軸電壓矢量，并在電壓環(huán)中校正旋轉零位偏差。

該標定方法：方法簡單，易于實現(xiàn)自動標定。定標旋轉零位偏角精度高。

標定方法2。

變頻電機轉矩方程：

在正確的旋轉零偏角和旋轉采樣量下，給定Id和Iq，電機輸出扭矩為T；給定Id和-Iq，電機輸出扭矩為T。當電流一定時，只要轉動零偏角正確，電機輸出的轉矩T就是最大的。

基于以上理論，可利用電機自身的控制器和動態(tài)測試臺，對旋轉的零偏角進行標定：

為電機控制DC額定電壓，電機控制在力矩模式；同時，待標電機由測控機拖曳到一定的速度，如3000rpm，但不能減弱磁力轉速區(qū)，測控機記錄電機輸出力矩；

第二步：手動確定d軸電流d，由電機控制；

標記3：校準修改零偏轉角，記下。

輸入4：手動給出q軸電流Iq；

讀出電機輸出力矩，記為T+；

六：手動給出q軸電流-Iq；

再讀一遍電機的輸出力矩，記下T-；

Step8：重復以上step3到Step7的操作，直到T+和T-正負對稱，絕對值相等，并且成功地旋轉零偏角校準。該標定方法基本靠試湊，效率低，不易實現(xiàn)自動標定；可用于驗證和優(yōu)化旋轉零偏角的精度。

利用無位置傳感器的方法，計算出電機轉子的位置角，并減去實際的旋變量測角，從而求得電機的零偏角。沒有位置傳感器的轉子位置角估計策略有很多種，見圖7。

該標定方法不需要測控器，且無位置傳感器時，其估計精度直接決定了轉零角的精度。

標定方法4。

采用反電勢波形對電機轉子位置角波形進行正確反應。標定過程中，需要用儀器將標定電機拖曳到一定的轉速，電機就會產生相應的反電動勢。該方法首先通過外接功率分析器檢測反電動勢的波形，進而推出電機轉子位置角的波形；二是通過軟件控制算法，電機控制器可進入主動短接工作狀態(tài)，即三相IGBT進入上半橋全開/下半橋全閉或上半橋全閉/下半橋全開工作狀態(tài)，電機會發(fā)熱。三相電流在此產生的波形可計算轉子位置角和旋轉零點角。

該校驗方法：需要借助測控機實現(xiàn)自動校驗。標定旋轉零位偏角的精度非常高。

以上是經常提到的四種零旋變偏角的標定方法，當然也有許多其它的標定方法，它們都是從電機控制模型和算法中產生的理論。最后，讓我多說幾句廢話：熟悉電機的控制模型和算法，了解各種不同的校正方法和策略。

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