調零其實包含兩個過程:1、電機與旋變零位偏差角度的測量;2、零位偏差角度的調節。每個過程又包含多種實現方法。
1、電機與旋變零位偏差角度的測量
零位偏差角度的測量總結起來有三類方法:
旋變零位偏差測量方法一:靜態測量
靜態測量零位偏差是國內應用最廣的一種方式,它只需要一臺直流電源和一個旋變的解算裝置即可對零。通常的做法是:先對電機繞組通一低壓直流電,U相接正,V相或VW相接負,此時電機轉子會被拉倒一個固定位置。比如:UVW接法時轉子理論電角度為0°,讀取此時旋變解算角度值就是旋變與電機的零位偏差。
旋變零位偏差測量方案二:動態測量
動態測量是通過反電動勢波形可以正確反應電機轉子位置狀態的原理,在被試電機旋轉發電狀態下測量出電機轉子零位與旋變的角度偏差。通常有慣性法和對拖法兩種辦法。
慣性法是驅動被試電機到一定轉速,後撤去驅動電壓,利用電機慣性運轉完成測量。
對拖法是用另外一電機驅動被試電機處於發電狀態,測量反電動勢電壓。
旋變零位偏差測量方案三:自學習
自學習是控制器具備旋變零位自學習的功能。該功能需要控制器軟硬體的支持,主流有三種方案:一是靜態測量即給電機繞組通直流電確定電機轉子位置狀態;二是動態測量即反電勢測量原理,三是往電機繞組注入高頻電壓或電流測量電機轉子狀態。
由於第一種技術需要電機處於自由軸狀態,第二種技術需要電機慣性運轉,因此往往只能在未與負載連接的狀態下完成調零。第三種技術可用於電機無位置傳感器控制,可以在任意裝配狀態下完成零位測量。
自學習通常與軟體補償聯合使用,無需調節旋變定子即可完成調零過程。
2、零位偏差角度的調節。
偏差角度調節只有兩種方法,一是通過調旋變定子(通常)或轉子(少見)的方式硬體調零,二是將偏差角度寫入控制器中的方式軟體調零。對於整車廠家來說,有三種方案:
方案一:控制器和旋變都調到通用原則的零點(控制器和電機可以隨意匹配)方案二:電機旋變角度調成一致,控制器按照統一角度補償(該批次電機可以和該批次控制器隨意匹配)方案三:電機旋變角度和控制器一對一補償(電機和控制器一對一嚴格匹配)自學習往往採用的是方案三。
零位自學習
零位自學習是調零方案的一種,實質上包含了兩層意思:一是自己測試電機與旋變的零位偏差;二是自動將偏差角度寫入控制器中進行補償。這兩個環節構成了「零位自學習」的流程。
因此這裡可以看到,零位自學習是必須要控制器提供支持的。電動汽車上如果要應用,就必須考慮兩個環節:1、出廠測試與設定;2、維修後測試與設定。
」旋變零位偏差測量方案三:自學習「中有明確,自學習的零位偏差測試也有三種方案,其中不同測試方案是有前提條件的:
靜態測試:電機軸必須潤滑活動,控制器支持低壓直流輸出;(僅能在不連接變速箱或變速箱無負載情況下測試)動態測試:電機必須處於發電狀態;(可以在裝車後測試,為避免未調零前驅動失控,車輛需架起離地測試)高頻注入等:控制器支持高頻發生和測量;(可以在車輛靜止狀態下測試)可以看到,雖然是自學習調零,但是靜態測試完全無法實現裝車後測試,動態需要特定的測試條件還是可以勉強滿足,高頻注入就可以隨時隨地完成自學習,只是高頻注入方式的精度又不是很好。
目前來說,調零精度最好的應當屬於動態測試方式測試旋變零位。
總結
永磁同步電機旋變零位自學習主要就是這三種零位測試方法,不同控制器廠家具體實現會略有區別。在整車上應用需要控制器支持,因此會增加整車成本。是否使用自學習調零,需要考慮以下問題:
1、自學習調零對控制器成本增加的多少;
2、自學習調零的精度(影響車輛發動機效率);
3、自學習調零是否能夠滿足車輛的可維護性(靜態調零就比較難在維修廠處理);
4、驅動器增加自學習功能是否影響其故障率。
因此對於整車廠來說,決策應用哪種調零技術,最重要的是在考慮可維修性前提下,如何儘量降低整車成本,提高可靠性。
基於這個考慮,自學習調零雖然是很好的技術,但對於整車來說,就不一定是最好的調零方式了。國內來說大部分還是將電機和旋變在出廠前統一調整到零點或固定偏差點(然後控制器統一補償)。因為出廠可以使用很好的設備來測試旋變的零位偏差,這種方式看起來笨,但實際效果可能比自學習調零更好,並且後續維修具備很好的可互換性,使用和維修上是更加便捷的。
目前來說國內大部分還是採用靜態測量的方式測試旋變與電機的零位,這種測試方法因為原理的原因操作簡單設備便宜但確實精度不是很高,但也有米艾西出品的Resolver Analysis System 2020旋變解算調零分析系統可以支持多點靜態調零,來提高測試精度。
往後看:
廉價解決方案仍然是靜態調零,但會採用多點測試、選擇最優調零點減小齒槽力矩對調零的幹擾等方式來提高靜態調零的精度(靜態調零調好是比較困難的,並非通個電拿個示波器看看就行了)。
不差錢的廠家:動態調零和自學習調零長期並存。前者測試難度高,比如產線上使用的」旋轉變壓器動態調零和在線測試系統「設備上就貴出幾十萬;後者驅動器成本高,如果產量小划得來,產量大累積成本反而會更高。