一、概述

轉子初始位置對電機的起動性能至關重要，不準確的轉子位置輕則導致起動電流增大，重則導致轉 子出現反轉甚至起動失敗，因此對于無機械式位置傳感器的永磁同步電機控制系統，準確的轉子初始位 置檢測是必要的。根據檢測過程中轉子是否轉動將初始位置檢測方法分為兩類：

1）轉子產生轉動的方法，如轉子初始預定位法和低頻旋轉電壓注入法等；

2）轉子保持靜止的方法，如電感參數矩陣法、系列等幅反向電壓脈沖法、六組等寬電壓脈沖法、 旋轉高頻信號注入法、脈振高頻信號注入法等。

二、轉子初始預定位法

轉子初始預定位法是在電機啟動之前，直接在電機的定子繞組中作用一個幅值和方向恒定的電壓矢 量，并持續一定時間，該電壓矢量會產生一個垂直方向的轉矩分量，拖動轉子旋轉，直至轉子永磁體的 N 極方向與該電壓矢量方向一致，從而將轉子直接定位到了指定位置。轉子始預定位法的原理如圖一 所示，圖中 dq 軸系代表實際轉子位置，d Vq V軸系，當向定子通入合成電流矢量 is 時，它在實際交軸方 向的分量 isq 所產生的轉矩會拖動轉子至 d V軸方向。該方法原理簡單，實現方便，但是當施加的電壓 矢量方向與永磁體 S 極方向接近時，定子繞組產生的旋轉力矩很小，很可能無法拖動轉子旋轉，使得 檢測誤差在 180°附近。為解決該問題，可以在定子繞組中依次施加三個互差 120°的電壓矢量，將轉 子逐步拖動到預期位置，該方法降低了電壓矢量的幅值，同時也提高了預定位方法的可靠性。然而，這 類方法存在以下不足：1）定位過程轉子會發生轉動，且轉動方向不固定；2）電機帶載時難以獲得較準 確的初始位置。

三、低頻旋轉電壓注入法

低頻旋轉電壓注入法在定子繞組中疊加低頻旋轉電壓矢量，該電壓矢量產生的脈動轉矩會迫使轉子 產生微動，轉子微動導致了反電勢的變化，進而影響了定子繞組中的電流響應，當注入電壓的頻率較低 時，交軸電流響應的脈動規律與轉速脈動規律基本一致，從交軸電流的相位中可檢測出轉子位置信息。 該方法在檢測過程中電機轉子會在初始位置附近不停的震蕩，降低了電機的使用壽命，也使其應用場合受到嚴重限制，并且檢測結束后轉子在慣性作用下隨機停在任意位置，檢測誤差較大。有方法通過逐步 削弱注入電壓幅值的方式來循序降低轉子的擺動幅度，最終減小停機誤差。

四、電感參數矩陣法

電感參數矩陣法是一種基于電感辨識的轉子初始位置間接檢測方法。永磁同步電機電感矩陣中的參 數與轉子位置有關，有的方法是向定子繞組中通入兩個線性無關的電壓矢量，通過檢測其對應的電流瞬 態響應得到αβ軸電感參數矩陣，再根據該矩陣計算出轉子初始位置。由于電感參數矩陣的準確性直接影 響了該方法的檢測精度，因此該方法對電流檢測電路的精度要求較高。

五、系列等幅反向電壓脈沖法

在永磁同步電機中，通入正負電壓矢量會對磁場產生不同的去磁或增磁作用，進而產生不同的電流 響應，該電流幅值的差異與轉子位置有關，圖二給出了轉子在不同位置時電流差值與電壓矢量之間的對 應關系。有研究者利用該原理提出了一種系列等幅反向電壓脈沖法來檢測轉子初始位置，首先在 0°到 360°電角度范圍內，每隔一定角度向定子繞組中施加兩個等幅、反向的電壓矢量，記錄兩者對應的電 流響應幅值的差異，該差異在 360°電角度周期內呈正弦規律分布，當電壓矢量方向與永磁體 N 極同 向時，該差異達到正向最大值；反之，該差異達到負向最大值，因此正向最大差異電流所對應的電壓矢 量角即為轉子位置。該方法對電流檢測精度要求較高，并且初始位置檢測精度與電壓矢量角度的細化程 度相關，增加測試電壓矢量的數目可提高檢測精度，但也使得檢測過程更加復雜，持續時間更長。

六、六組等寬電壓脈沖法

六組等寬電壓脈沖法是系列等幅反向電壓脈沖法的簡化方案，它僅需在定子繞組中疊加六個互差 60°的等寬電壓脈沖矢量，該脈沖矢量的施加方式如表一所示。該方法通過比較其電流響應的幅值，即 可確定轉子初始位置所在的扇區。顯然該方法的檢測精度為 60°，通常用于永磁體磁極方向的判斷， 并與其他方法配合獲取準確的轉子初始位置。

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