电机的位置传感器零位偏角及其标定

电机定位传感器的零位偏角(即转动的零位偏角或初始角度)是电机输出力矩精度的关键。对新能源驱动的150KW马达而言，在零偏角为+/-2的情况下，电机输出扭矩为低速无弱磁区+/-3Nm，高速弱磁区+/-8Nm。

下面是电机位置传感器的零偏角及其校正，也就是转动的零偏角及其校正。

什么是旋转的零偏角呢？为什么每一个电机都需要校正一个零旋变偏斜？如何对旋变零点偏角进行校正？第一个旋转式传感器的零偏角。

并以三相永磁同步电机为例，根据电机矢量控制技术，确定各个坐标系。

静坐标系ABC：定子绕组三相对称，轴差120度，参考UVW三相，确定静坐标系ABC。

ABC，静标系。

静止坐标系αβ：α轴与a轴重合，前α轴90度角为β轴。

静止标系αβ

三)。同步旋转坐标系统dq：电机转子磁极所产生磁场的N极中心轴为直轴d轴，直轴前90度角被定义为交q轴。Dq轴以转子同步角速度ω旋转，以转子逆时针方向旋转，Dq系为转子同步旋转坐标。

四)转换器零点：指转换器零点。在旋转变压器的正弦输出绕组中，在最长时间内，转子的位置是电零点，输出电压是零点。假定在dq轴坐标系中旋转到d'和q'位置时，旋转变压器实际测得的输出角为零，定义d'轴位置为旋转变压器零，旋转变压器固定为零。

第五)旋转式传感器实际测量输出的角度楔：轴与旋转式零位重合。在转子继续逆时针方向旋转时，旋转零位和d轴形成一个角度楔，这个角度楔是旋转传感器实际测量的输出的角度。转子在d轴上旋转的时候，旋转的传感器实际测量的是输出的角度楔=0度，见图4。

六)旋转式传感器零偏角δ：在旋转式零点到a轴之间的角度，也就是电动机要求的校准角度。

七)如图5所示，马达转子位置角δr:d:d轴和a轴之间的角度。可见r=δ+δ。

永磁同步电机目前主要应用于电动驱动，因此上述角度需要将其转换为相应的电动角度。

为什麽每个马达都需要校正回转零偏角？

通过对PMSM矢量控制，使电机输出力矩最大化，使定子绕组产生的电磁场始终与转子永磁场呈正交，因此需要精确获取转子位置的角度δr，即精确获取δ和δ。

基于旋转传感器电性能误差、输出正交轴误差、解码计算误差、制造精度等因素，将旋转传感器实际测量的角度下下下坡忽略。

对旋转式传感器零偏角δ的精度而言，在理想状态下，电机的研制阶段可以保证旋转式传感器零偏角与a轴的重合，即旋转式零偏角δ=0。但是，由于电机生产过程中存在加工、安装偏差，使得各电机的旋转传感器实际位置不一致，从而导致各电机的旋转传感器位置不一致。所以，在在线检测时，每台电机都需要校准旋转传感器的零偏角。

校准转动的零偏角。

标定方法一旦给定三相电流，UVW三相合成电流is就总是指向A轴，U轴，此时该电流is产生的感应磁场与转子永磁体的磁场相互作用，使d轴(即转子的N极)与A轴重合。此时旋变传感器的实际测量角度为，因此可求出旋变传感器的零位偏角δ=360-δ。

根据上述理论，在实际工程中，可实现定子电流is指向a轴的手动和自动校准。

手工标定：采用低压DC电源，采用旋转传感器计算装置，将马达绕组的U与正极，V与W与负极连接。马达在接上电源后，转子转动到指定位置。这时，旋转传感器，计算设备的读出角。若为9000，则旋转传感器的零位偏角为δ=360-δ；若为9000，则旋转传感器的零位偏角为δ。

自校验：上述手动校验过程内置于电机控制器内，电机空载，给定电机控制器DC电压，u相电流控制在一定值内，v相电流和w相电流控制在相应的负值内，电机转子转到某一位置，a、d轴重合，旋转读数为旋转零位偏角。

上述标定过程，由于轴承摩擦和惯性的作用，可能会导致旋转零点与a轴重合的偏差。此外，由于机械公差的存在，各机械转动周期测定的角度偏差也可能不同。这就需要考虑旋转零位偏差的确定，通过对各个功率周期的重复校准，计算平均角度。类似地，电机控制器也可以直接给β轴电压矢量，并在电压环中校正旋转零位偏差。

该标定方法：方法简单，易于实现自动标定。定标旋转零位偏角精度高。

标定方法2。

变频电机转矩方程：

在正确的旋转零偏角和旋转采样量下，给定Id和Iq，电机输出扭矩为T；给定Id和-Iq，电机输出扭矩为T。当电流一定时，只要转动零偏角正确，电机输出的转矩T就是最大的。

基于以上理论，可利用电机自身的控制器和动态测试台，对旋转的零偏角进行标定：

为电机控制DC额定电压，电机控制在力矩模式；同时，待标电机由测控机拖曳到一定的速度，如3000rpm，但不能减弱磁力转速区，测控机记录电机输出力矩；

第二步：手动确定d轴电流d，由电机控制；

标记3：校准修改零偏转角，记下。

输入4：手动给出q轴电流Iq；

读出电机输出力矩，记为T+；

六：手动给出q轴电流-Iq；

再读一遍电机的输出力矩，记下T-；

Step8：重复以上step3到Step7的操作，直到T+和T-正负对称，绝对值相等，并且成功地旋转零偏角校准。该标定方法基本靠试凑，效率低，不易实现自动标定；可用于验证和优化旋转零偏角的精度。

利用无位置传感器的方法，计算出电机转子的位置角，并减去实际的旋变量测角，从而求得电机的零偏角。没有位置传感器的转子位置角估计策略有很多种，见图7。

该标定方法不需要测控器，且无位置传感器时，其估计精度直接决定了转零角的精度。

标定方法4。

采用反电势波形对电机转子位置角波形进行正确反应。标定过程中，需要用仪器将标定电机拖曳到一定的转速，电机就会产生相应的反电动势。该方法首先通过外接功率分析器检测反电动势的波形，进而推出电机转子位置角的波形；二是通过软件控制算法，电机控制器可进入主动短接工作状态，即三相IGBT进入上半桥全开/下半桥全闭或上半桥全闭/下半桥全开工作状态，电机会发热。三相电流在此产生的波形可计算转子位置角和旋转零点角。

该校验方法：需要借助测控机实现自动校验。标定旋转零位偏角的精度非常高。

以上是经常提到的四种零旋变偏角的标定方法，当然也有许多其它的标定方法，它们都是从电机控制模型和算法中产生的理论。最后，让我多说几句废话：熟悉电机的控制模型和算法，了解各种不同的校正方法和策略。

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