永磁同步电机的起动是一个很关键的问题，通常采用的起动方法有：

1）开环起动；

2）使转子转动到预先设定的位置起动；

3）在静止时通过特定的算法估算转子位置。

如果想实现完全的无传感器运行，则需要研究在静止时的转子位置估算方法。已经有一些转子初始位置估算方法被提出来，但是这些方法大多适用于内埋式PMSM，根据内埋式PMSM对于不同的转子位置其电感不同的原理。

下面介绍一种静止时估算表面式PMSM的转子位置的方法。这种估算方法的原理基于定子铁心的非线性磁化特性。接近转子磁极的定子铁心受到转子磁极的影响，由于定子铁心的饱和特性，使得定子绕组中顺磁方向的电流增大很多，其绝对值比去磁方向的电流大。因此可以通过检测这种电流的变化来获得转子初始位置的信息。这种方法不需要电机的参数，也不需要额外的硬件设施。

图6-22所示为PMSM的坐标系，其中x为所施加的电压矢量的方向，θ_v表示电压矢量的方向与α轴的夹角。

给电机施加不同的电压矢量，观察相应电压下的x轴电流，x轴电流由下面的公式得出：i_x=i_αcosθ_v+i_βsinθ_v，通过观察可知：随着电压矢量接近转子的N极，由于磁场的饱和效应，相应的x轴电流也逐渐增加。所以，通过检测x轴电流的最大值，可以得出转子的初始位置信息。

转子初始位置检测方法的步骤如下：

θ_v定义为电压矢量的方向，θ_M为估算出的转子位置角度。

第一步：图6-23中的电压矢量1和7被施加到电机上，测量电流i_x1和i_x7。如果i_x1＞i_x7，则矢量1比矢量7更加接近转子的N极，所以设定θ_M为0°。而且在这种情况下，i_{x max}=i_x1。而如果i_x7＞i_x1，则θ_M=180°，且有i_{x max}=i_x7。

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图6-22 电机模型

图6-23 所施加的电压矢量图

第二步：电压矢量2或者8被施加到电机上。例如，第一步得出θ_M=0°，则施加电压矢量2。如果i_x2＞i_{x max}，则矢量2比矢量1更接近转子的N极，因此θ_M=30°，而且i_{x max}=i_x2。进一步，电压矢量3和4被施加，与上面的步骤一样，θ_M和i_{x max}的值被更新。直到i_x＜i_{x max}，则第二步结束，因为是前面的一个矢量更加接近转子的N极。而如果i_x2＜i_{x max}，则矢量12、11和10被施加，同样更新θ_M和i_{x max}的值。

如果第一步得到的是θ_M=180°，则施加电压矢量8，步骤与上面相同。在这个步骤中，估计的误差应该在15°以内。

第三步：在第二步得出的θ_M的基础上，施加矢量θ_M-7.5°、θ_M、θ_M+7.5°，与上面步骤一样得出新的θ_M和i_{x max}的值。这样，估计的误差减小到3.75°，如图6-24所示。同样的过程再进行两次，可以使估算值更为准确。

图6-24 第三步中应用的电压矢量

因为这种方法是检测电压矢量的电流响应，所以这种方法不受电机参数变化的影响。理论上，估算误差应该在0.9375°以内。

这种方法中，电压矢量的幅值和作用时间非常重要，如果施加到电机上的电压矢量的幅值过大，则可能在检测过程中电机开始转动，因此在实施转子初始位置检测之前，必须确定合适的电压矢量的幅值，使得转子初始位置的检测能够正常进行。具体确定最佳的电压幅值和作用时间的方法这里不再详细介绍。