直流无刷电机的转子位置检测与电机起动的研究

1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持直流无刷电机的转子位置检测与电机起动 的研究(包头轻工职业技术学院，内蒙古包头014000)摘 要：围绕无位置传感器直流无刷电机控制中的两个关键技术一一位置检测和起动进行了研究，提生了将瞬时状态检测和预测估计相结合的电机转子位置检测方法和"三段式"起动，并应用于以 TMS320LF2402A为核心的控制系统 中，给由了试验结果，证明了该位置检测方法的正确性和有效性。关键词：无位置传感器；直流无刷电机；位置检测；电 机起动中图分类号：TM301.4文献标识码：A文章编 号：1007 6921(XX)19 010502

2、1引言无刷直流电机以其高效率、结构紧凑、易维护和调速性能好等一系列优点得到越来越广泛的应用，但传统的无刷直流电机需要位置传感器来实现电机的换相，如霍尔器件 (HED)、光学 编码器和旋转变压器等，这些传感器有的分辨 率低或运行特性不好，有的对环境条件很敏感，潮湿和温度变化都会使性能下降，使得整个传动系统的可靠性难以得 到保证。因此，无位 置传感器控制成为一个重要研究课题，-1 -文档收集于互联网，如有不妥请联系删除 .文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.针对无位置传感器直流无刷电机控制中的一些关键问题，重点研讨位置检测和起动技术。2转子位置检测目前，对于无位置传感器直

3、流无刷电机位置的测量，有端电压法、电流法和状态观测法等1、但用得较多的还是反电动势法。这种方法是通过检测反电动势的过零点来判 断转子磁极的位置，从而确定逆变器中恭率器件的切换时 问。740)this.width=740" border=undefined>直流无刷电机反电势波形为梯形波，如图 1所示。其中 Ea、Eb、Ec分别为电机三相绕 组反电势，ia、ib、ic为三 相绕组相电流。为获得最大输生转矩，各相反电势为梯形 波 的正平顶时，应通正向电流，为负平项时通反向电流，从而 使电机具有较大的输生转矩和较小的转矩波动，实现电机的最佳运行。采用的反电势法基本原理为：在任何时刻，

4、电动机三相 绕组中只有两相导通，每相绕组正反 向分别导通120电角 度。每相定子绕组中的反电势在一个周期内有两个过零点， 每个过零 点都超前该相换相点 30电角度，因此通过检测 反电势过零点，再延迟 30电角度就是该相逆变器功率器 件的导通时刻。电机定子绕组反电势是难以直接测量的物理量，因此，通常是通过检测逆变器的三相输由端相对于直流侧负极的电压信号，进行处理后间接获得绕组反电势的过零点，从而得到逆变器各功率器件的导通时刻。电机 a相等效电路如 图2所示，b、c两相与之相 同。图中Va为该相端电压，ia 为相电流、R为相电阻、L为相电感、Ea为反电势、Vn为三 相绕组中性点对地电压。740)t

5、his.width=740" border=undefined>由图2可得直流无刷电机的电压方程为：740)this.width=740" border=undefined>由于电机采用1200导通方式，所以在任何时刻只有两相导通，这两相电流大小相等，方向相 反，另一相电流为 零，所以三相电流的总和为零，将上面三式相加得：Va+VB+ Vc= Ea+ Eb+ Ec+ 3Vn由图2可知，在每相的反电势过零点时刻，都有Ea+Eb+ Ec=0o因此，在反电势的过零点有：740)this.width=740" border=undefined>由图2可知

6、，当莫相绕组电流为零时， 该相反电势为Ea = VaVn,当Va =Vn时，Ea= 0。因此，通过检测三相端电 压可以得到中性点电压，当端电压等于中性点电压时，即为该相反电势的过零点。3电机起动问题由于无刷直流电机在静止及低速运行时难以正确检测到反电势，因此必须解决电机起动的两 个问题：一是静止启 动的问题；二是同步切换的问题。 以往存在有多种起动方法， 但有的要 增加外围电路，有的则与电机特性联系密切，系统将采用三段式方法2，即利用纯软 件实现起动，它将电机 的起动过程分为预定位、加速与同步切换三个阶段。在电机静止时，转子的初始位置是蔚知的，首先给设定的两相电枢绕组通以短暂的电流 ，使转 子

7、磁极稳定在这两 相绕组的合成磁场的轴线上，实现预定位，以此作为转子磁 极初始位置，然 后按定、转子磁极间正确的空间相匣关系使 相应的功率管导通，并以固定的时间进行模式切换，此时不进行过零检测，随着电机转速逐渐升高，反电势也逐渐增大， 升高到一定值时，通过 端电压检测能够确定转子的位置，启动过零检测模块，当连续N次正确检测到过零点，就可从外 同步运行阶段切换到自同步运行阶段运行。740)this.width=740" border=undefined>4基于DSP控制系统的结构无位置传感器无刷直流电机调速系统的结构框图如图3所示。系统的供电部分主要分两个支路34。由220V滤波整

8、流后，一路为电机功率模块供电，另一路经变压器降 压 后为控制板上的芯片供电。由控制显示面板发送电机起、 停命令及转速等参数，系统上电后如果没有重新设置，则直接从EEPROMIH卖取上一次存入的参数。利用 2402A中的I/O(数字输入/输由模块)、EV,完成电机的位置检测和转 速控制。对端电流采样送 至ADC采用速度、电流双闭环控 制，从而实现电机的驱动和精确调速。5结束语对上述控制系统进行试验的结果表明该位置检测方法能够更加有效地检测到过零点，使切换 时间更准确，从而 提高了电机的效率，使电机能够更加平稳、准确的运行。同 时采用三段式的起动能实现电机的成功拖动。因此，该位 置检测和起动方法是非常实用和有效的。参考文献1 王冉冉,无位置传感器无刷直流电机起动的比较 与研究J.微电机,XX,(1 ):2930.：2 沈建新.无位置传感器无刷直流电机三段式起动深入分析：J.微特电机，199 8 , :