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摘要：文章重点解析了应用带有U、V、W相的复合式光电编码器，去检测转子磁钢表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子初始位置的原理与流程。实践证明这一新兴检测技术的应用是对传统检测方法算法执行周期漫长与繁琐等缺陷的弥补，这一技术的应用在检测SPMSM转子初始位置领域中的应用体现出快捷性与精确性特征，希望这一检测技术在后续的发展中得到更大的应用空间。
关键词：永磁同步电机；光电编码器；初始位置；检测方法
国际上现存的文献资料多数是介绍在相关软件的协助下对永磁同步电机转子位置进行检测，与转子初始位置检测相关的研究少之又少。实质上，转子初始位置检测是构成传感器调速体系的关键要素，若该环节存在错差，将会干扰转子位置计算的精确性，为精确型电机管控的系列计算结果的产出设置障碍，最终干扰电机运行的有序性。基于此，本文探究复合式光电编码器在磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测进程中的具体应用。
1.复合式光电编码器检测转子初始位置的方法
在对磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测之时常用的的光电编码器多数为复合式光电编码器，复合式光电编码器作为增量型光电编码器，最大的特征为能够以最为简易的方式完成磁极定位任务，其能够传递出正、反相两组信号，即U、V、W、A、B、Z（正相）与U-、V-、W-、A-、B-、Z（反相）。一组被用于检测磁极方位，信息具有绝对性特征，三个线路在空间位置上互存角度差为120°，三路脉冲信号U、V、W在空间中所占比例均为50%；另一组信号的功能等同于增量式光电编码器，将三个线路方波脉冲数值传递出来，分别为A、B 与Z 。前两个线路脉冲相位差为90°，其最大的功能在于辨别转子运行的方向，Z脉冲每运行一次，对基准点位置确定工作就进行一次。U、V、W信号最大的作用为判别永磁同步伺服系统转子磁极的初始方位。
应该格外注意的内容是：复合式光电编码器的极对数目始终要和电机的极对数目达成统一性，转子运转360°编码器U、V、W相内就会有一相发出和其极对数相等的脉冲个数[1]。
在一台四通道的示波器的辅助下便可以探寻出转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置和U、V、W相电平组合之间存在的关系。具体是将通道1探针与U相串联，地线与V相相联；通道2、3、4探针对应连接的为编码器的U、V、W相，地线与编码器地线相连接；编码器与电源相接，以电机前期逆时钟方向波动拨动电机，所得波形见图2。首行正弦波为电机作为发电机U相与V相绕组间形成的感应电势，第2、3、4行为编码器U、V、W相传递出的方波式电平信号，横轴代表的含义为转子绕行的电角度。参照U、V、W相的电平高低的组合形式可以间接的推测出磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置取值范围。依照U、V、W的3位信号，进一步缩小磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置的范畴，即在60°电角度区间内。参照图2可以推测U,V,W和转子角位置存在的关系（见表1），当U,V,W取值为100时，那么其角度被设置在0°~60°之间。30°为区间的中点，此时检测到的转子初始位置偏差将会低于30°电角度。
通常情况下永磁同步电机转子初始位置的检测应用矢量控制法，若施用的电压矢量与转子磁极位置之间的角度偏差为90°，那么此形势下形成的矩力数值最大[2]。若借用U、V、W相对转子位置进行初步确定，基于角度存在偏差这一现实原因的存在，那么形成的电压矢量与磁极方位之间的成角通常不是恰好为90°，其在60°~120°范围内波动，此时形成的力矩值可能与最大值之间存在一定的距离。电机开关启动之后，通过记录与分析U、V、W相跳变后产生的信号，检测人员便可以获得转子所处方位的准确信息，继而应用A、B信号确定转子磁极角度方位，此时便可以检测出磁钢表贴式永磁同步电机转子的初始位置。
2.磁极初始位置其它检测方法
2.1外加电路检测转子初始位置
实质上就是将外加传感器电路安置于电机上，其作用于感知转子初始位置，是对复合式光电编码器U 、V 、W三相定位模式的取代。当电机运转以后，借助增量式编码器A、B信号达到确定电机运转过程中磁极方位的目标[3]。对转子初始位置应用该种检测方式，最大的优点在于对其最初方位确定环节形成极高的精确率，劣势在于需要在电机上安设附加硬件与软件，消耗成本量较大。
2.2无位置传感器初始位置检测
要想得到与无位置传感器初始位置相关的数据信息，就务必借助相关算法对其开展测算工作，常用的为电感算法。对于永磁电机设备而言，基于其转子磁极位置存在差异性这一实况，可以间接的推测出U 、V 、W三相绕组的电感数值存在差异性这一结论，又因为电感和磁极位置存在对应关系的缘故，所以当磁极与绕组平面之间的夹角为90°之时，，绕组形成的电感值最大。
结束语：
复合式光电编码器用于检测磁钢表贴式永磁同步电机转子的初始位置，应用的是电机反电势原理，就是检测U 、V 、W三相绕组电压值去计算转子的初始位置。反电动势幅值与转子运行速度存在正比例关系，但是一旦转子处于静息状态下，复合式光电编码器在检测其初始位置上就会存在较大的误差。所以在后续的检测工作中，应该不断专研使磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置得到精确检测的方法手段。
参考文献
[1]张洪帅,王平,韩邦成,程金绪.基于模糊滑模观测器的磁悬浮高速永磁同步电机转子位置检测方法[J].电工技术学报,2014.
[2]刘庆飞.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法[J/OL].电源学报,2017.
[3]廖晓文,刘桂雄.内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法[J].中国测试,2015.
作者简介
吴炽海（1986-10），男，汉，福建省龙岩市永定区人，学历：大专，专业：机电一体化技术，研究方向：永磁同步电机测试、可靠性测试。
论文作者:吴炽海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：转子论文; 永磁论文; 位置论文; 编码器论文; 磁极论文; 磁钢论文; 光电论文; 《电力设备》2017年第7期论文;