1、電機(jī)位置零位偏角及其標(biāo)定于新能源150kw的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，電機(jī)位置零位偏角（即旋變零位偏角或初始角）對電機(jī)輸出扭矩的精度至關(guān)重要。當(dāng)旋變零位偏角存在+/-2的電角度偏移，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸出扭矩在低速無弱磁區(qū)約+/-3Nm的誤差，且在高速弱磁區(qū)約+/-8Nm的誤差。1、旋變零位偏角以三相永磁同步電機(jī)為例，根據(jù)電機(jī)矢量控制技術(shù)， 可確定各個(gè)坐標(biāo)系：1）靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC： 定子繞組三相對稱，軸線相差120度，以定子UVW三相為參考，確定靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC，如圖1所示圖1.靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC2）靜止坐標(biāo)系：軸與A軸重合，超前軸90度為軸，如圖2所示。 圖2. 靜止坐標(biāo)系圖3. 轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq3）轉(zhuǎn)子

2、同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq：電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生磁場的N極中心軸線作為直軸d軸；而超前直軸90度的位置定義為交軸q軸。dq軸是以轉(zhuǎn)子同步的角速度旋轉(zhuǎn)，假設(shè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的方向?yàn)檎?，如圖3所示。4）旋變零位：是指旋變位置零位，旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦輸出繞組中感應(yīng)電壓最小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置就是電氣零位，輸出電壓就是零位電壓。假設(shè)當(dāng)dq軸坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)至dq位置時(shí)，旋變實(shí)際測量所輸出的角度為零，則定義d軸位置為旋變零位，如圖4所示，旋變零位是固定不變的。 圖4. d軸與旋變零位重合示意圖 圖5. 轉(zhuǎn)子位置角度示意圖5）旋變實(shí)際測量輸出的角度：圖4中d軸與旋變零位重合，當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則旋變零位與d軸會(huì)形成一個(gè)夾角，如

3、圖5所示，夾角就是旋變實(shí)際測量所輸出的角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至d軸與零位重合時(shí)，則旋變實(shí)際測量所輸出角度=0.如圖4所示。6）旋變零位偏角：為旋變零位與A軸的夾角，即電機(jī)所需標(biāo)定的角度，如圖4所示。7）電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角度r：為d軸與A軸的夾角，如圖5所示，可知: r=+。2. 為什么每臺(tái)電機(jī)都需做旋變零位偏角的標(biāo)定根據(jù)永磁同步電機(jī)的矢量控制，為了電機(jī)輸出的力矩最大化，定子繞組產(chǎn)生電磁場始終與轉(zhuǎn)子永磁場正交，就需要準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子位置角度r，即準(zhǔn)確得到和。對于旋變實(shí)際測量角度的精度，取決于旋變的電氣誤差、輸出正交軸誤差、解碼計(jì)算誤差、旋變本身的制造精度等因數(shù)，在此不考慮。對于旋變零位偏差的精度，理想狀態(tài)下，

4、電機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)階段是可以確保旋變傳零位與A軸重合，即=0. 但實(shí)際因電機(jī)生產(chǎn)過程中，存在加工偏差和安裝偏差，導(dǎo)致旋變安裝定位不一致，以至于每臺(tái)電機(jī)的旋變偏角不一致。故下線檢測時(shí)每臺(tái)電機(jī)都需要做旋變零位偏角標(biāo)定。3. 旋變零位偏角的標(biāo)定1).標(biāo)定方法一當(dāng)給定某三相電流，使得UVW三相合成電流is始終指向A軸，即U相，此時(shí)電流is 產(chǎn)生的感應(yīng)磁場和轉(zhuǎn)子永磁體的磁場相互作用，使得d軸（即轉(zhuǎn)子的N極）與A相重合。此時(shí)可讀取旋變實(shí)際測量角度為，如圖6所示，則可計(jì)算出旋變零位偏角：=360-。圖6根據(jù)上述的理論，在工程應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)標(biāo)定和自動(dòng)標(biāo)定兩種方法。手動(dòng)標(biāo)定：利用一個(gè)低壓直流電源和一個(gè)旋變解算設(shè)

5、備，將電機(jī)繞組的U相接通正極，V相和W相接負(fù)極，接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定的位置，此時(shí)，旋變解算設(shè)備讀到角度。若90360, 則旋變零位偏角：=360-; 若=90, 則旋變零位偏角：=。自動(dòng)標(biāo)定：將上述提到的手動(dòng)標(biāo)定過程內(nèi)置到電機(jī)控制器內(nèi)部，電機(jī)空載，給定電機(jī)控制器DC電壓，控制U相電電流為某一值，V相和W相電流為相應(yīng)的負(fù)值（即U相上半橋閉合，V/W相下班橋閉合），則電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)子至某一固定位置，即A軸與d軸重合，旋變讀取的角度即為旋變零位偏角。由于軸承摩擦力的存在和慣性的作用，上述標(biāo)定過程，都會(huì)導(dǎo)致旋變零位與A軸重合產(chǎn)生偏差，另外，因機(jī)械公差，對于一個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的每個(gè)電周期測得的角度偏移可能

6、會(huì)有所不同。 因此，必須考慮通過為每個(gè)電周期重復(fù)標(biāo)定并計(jì)算平均角度來確定旋變零位偏角。同理，還可通過電機(jī)控制器在電壓環(huán)中直接給軸電壓矢量，來標(biāo)定出旋變零位偏角。此標(biāo)定方法：方法簡單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)定。標(biāo)定出來的旋變零位偏角精度較高。2).標(biāo)定方法二PSM電機(jī)的扭矩方程：T=3/2p（pIq+（Ld-Lq）IdIq）當(dāng)旋變零位偏角正確，且旋變采樣正確時(shí)，給定的Id、Iq時(shí)，則電機(jī)輸出扭矩為T；給定Id、-Iq時(shí)，則電機(jī)輸出的扭矩為-T。在給定的電流下，只有當(dāng)旋變零位偏角正確時(shí)，電機(jī)輸出的扭矩T最大。根據(jù)上述理論，可利用電機(jī)本身的控制器和動(dòng)態(tài)測試臺(tái)架來確定旋變零位偏角的標(biāo)定：Step1: 給電機(jī)控制

7、供DC額定電壓，電機(jī)控制在扭矩模式；同時(shí)，待標(biāo)電機(jī)被測控機(jī)拖動(dòng)到某一定速，例如3000rpm,但不能弱磁轉(zhuǎn)速區(qū)，測控機(jī)記錄電機(jī)輸出扭矩；Step2: 通過電機(jī)控制手動(dòng)給定d軸電流Id；Step3: 標(biāo)定修改旋變零位偏角，記為；Step4: 手動(dòng)給定q軸電流Iq；Step5: 讀取電機(jī)輸出扭，記為T+;Step6: 手動(dòng)給定q軸電流-Iq;Step7: 再次讀取電機(jī)輸出扭，記為T-;Step8: 重復(fù)上述step3至Step7的操作，直到T+與T-正負(fù)對稱，絕對值相等時(shí)，則旋變零位偏角標(biāo)定成功。另外，可衍生其他標(biāo)定：首先待標(biāo)電機(jī)空載，測控機(jī)測出摩擦力Tf, 再將待標(biāo)電機(jī)拖動(dòng)到弱磁轉(zhuǎn)速，如：900

8、0rpm,且待標(biāo)電機(jī)進(jìn)入扭矩模式，修改旋變零位偏角，再請求0Nm, 觀察測控機(jī)記錄的電機(jī)輸出扭矩為T，當(dāng)T=Tf時(shí)（即零位偏見正確時(shí)，q軸電流為0，d軸電流用于弱磁，當(dāng)零位偏角不正確，則d軸部分電流會(huì)用于產(chǎn)生扭矩），則旋變零位偏角標(biāo)定成功。此標(biāo)定方法：基本靠試湊，效率低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)定；可用于旋變零位偏角準(zhǔn)確性的驗(yàn)證及優(yōu)化。3).標(biāo)定方法三采用無位置策略，計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度，再減去旋變實(shí)際測量的角度，可得旋變零位偏角。無位置估算轉(zhuǎn)子位置角度的策略多樣，如圖7所示為其中一種。此標(biāo)定方法：不需借助于測控機(jī)，旋變零位偏角的精度完全取決于無位置估算策略。圖7. Sensor-less 的轉(zhuǎn)子位置角度估算原理框圖。4).標(biāo)定方法四利用反電動(dòng)勢波形，來正確反應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角度波形。在標(biāo)定的過程中，需要用到控機(jī)將待標(biāo)電機(jī)拖動(dòng)到一定的轉(zhuǎn)速，這時(shí)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的反電動(dòng)勢。其一，可通過外部接一個(gè)功率分析儀，來檢測反電動(dòng)勢的波形，從而推出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角度的波形，如圖8所示。其二，可通過軟件控制算法使得電