应用于光伏水泵系统中的无位置传感器无刷直流电机的控制

1、应用于光伏水泵系统中的无位置传感器无刷直流电机的控制介绍了应用于光伏水泵系统中的直流无刷电机及其控制办法，利用定子绕组反电势信号，用motorola公司的mc68hc908jk3ecp实现了对直流无刷电机的控制。试验证实，过零点识别容易有效，三段式起动适用于光伏水泵系统。近年来，随着器件及控制理论的快速进展，永磁直流无刷电机以其高效性，良好的调速性，易于维护性而得到了广泛的应用。传统的永磁直流无刷电机往往采纳位置来确定转子的位置，这不仅增大了电机的安装体积，增强了成本，而且降低了电机的牢靠性。目前，无传感器直流无刷电机普通采纳三段式起动方式，起动转矩在开头起动时比较小，并且有脉动，对于有起动转

2、矩要求的系统存在着局限性，而在中小型太阳能光伏水泵系统中，负载转矩是随着转速的增强而增强的，不计摩擦力，在静止时负载转矩为零，所以，直流无刷电机可以应用于光伏水泵系统，并且囫囵系统是直流的，无须逆变，那么，在光伏水泵系统中应用直流无刷电机，对于提高系统效率,简化系统装置就具有重大的意义。1 光伏水泵系统简介光伏水泵系统由光伏阵列，控制器，电机，水泵4部分组成。光伏阵列由许多太阳电池串并联构成，挺直把太阳能转化为直流电能。目前所用的太阳电池都为硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池。因为光伏阵列的输出伏安特性曲线具有剧烈的非线性，而且和太阳辐照度、环境温度、阴、晴、雨、雾等气象条件有疏远

3、关系,所以，假如要使光伏水泵系统工作在比较抱负的工况，就需要用控制器去调整、控制囫囵系统。电机是用来驱动水泵的，因为电机的功率因数及等级在很大程度上受到太阳电池阵列的电压等级和功率等级的制约，因此，对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上，往往在兼顾阵列结构的条件下特地举行设计。对于要求流量小、扬程高的用户，宜选用容积式水泵；对于需要流量较大，但扬程却较低的用户，普通宜采纳自吸式水泵。2 单片机m68hc908jk3ecp介绍这是motorola公司的8位单片机家族中的成员之一，同样具有高性能，低成本的优点。它内嵌4k闪速存储器flash，128字节ram；具有10个通道的8位精度模块，15个i/

4、o端口；时钟模块具有输入捕获，输出比较及脉宽调制等功能，能满足系统要求。3 无传感器直流无刷电机控制原理无刷电机的定子为三相对称绕组，采纳两相通电方式时控制电路根据一定的挨次向定子的两相通入直流，产生定子磁势fa；转子为永磁材料，产生磁势ff，通过两者的互相作用，可以产生电磁转矩t=faff|sin|，明显，当=60%26;176;120%26;176;时，平均电磁转矩最大。故检测转子磁势位置时，当定转子磁势夹角为60%26;176;时，三相绕组中的某两相导通，转过60%26;176;时，其中一相的功率管关断，另一相中的功率管导通。这样，保证定转子磁势夹角为60%26;176;120%26;1

5、76;，达到转矩最大的目的。因为每次转过60%26;176;只关断一个功率管，故每个功率管导通角度为120%26;176;，这种方式为120%26;176;导通方式。主电路采纳三相全控桥，1所示。图2为三相6拍工作方式下典型的相电压反电势波形图。由图2我们可以清晰地看到，在该相悬空状态（过零点前后30%26;176;区域）下，绕组感应反电势按正弦逻辑变幻，平顶部分为绕组通电激励时逆变换相主电路电压钳位引起的。换相点发生在过零点后30%26;176;，用法反电势法来实现换相，就是在过零点检测电路检测到过零点后30%26;176;举行换相。三相6拍工作方式下，导通次序为s1，s2s2，s3s3，s

6、4s4，s5s5，s6s6，s1s1，s2。基于反电势的电子换相办法有多种，如“1/2母线电压比较法”、“端电压比较法”等，但这些测量办法都存在抗干扰能力弱的问题，特殊是在调制状况下，测量时必需实行特地措施避免或抑制干扰，增强了控制电路的复杂性，并且可能产生换相滞后。采纳“虚拟中点法”可以解决以上问题，并且在pwm调制状况下，其开关噪声不会影响相绕组的过零测量，检测电路也较容易。在静止或低速状态下反电势值为0或很小，无法用反电势法来判定转子的位置，通常采纳三段式起动方式来解决这个问题，即先按他控式同步电机的运行状态从静止开头加速，当达到一定的转速时再切换到反电势法控制状态，包括转子定位，步进起

7、动和自由切换三个阶段。转子定位时首先导通两个功率管，普通来说先导通s6及s1，一定时光后就完成转子的初始定位。步进起动时从初始位置开头，按前面的导通次序依次导通各功率管，但导通时光按一定逻辑递减，以达到提速的目的。步进起动结束后举行自由切换，保证换相的正确性，同时，pwm斩波使直流侧电压逐渐加到主电路上，使无刷电机的转速按控制要求加速，相当于电机转速的软起动过程，这样就避开了电机在起动初期会产生大电流，削减了对主电路的冲击，延伸了功率管的寿命。4 系统实现系统硬件电路由主电路、驱动电路、过零点检测电路、采样电路、各种庇护电路组成。过零点检测电路检测到过零信号，并把过零信号送到jk3单片机的捕获

8、口，jk3单片机接收到过零信号，由软件计算出延迟时光，并在延迟时光到后发出换相脉冲信号，经驱动电路转换为驱动信号去驱动各功率管，这样就实现了单片机对直流无刷电机的控制。庇护电路主要有过电压充电庇护，低水位庇护。系统软件采纳模块化设计，包括初始化模块，pwm中断模块，捕获中断模块，采样庇护模块。pwm中断模块实现了无刷电机的步进起动，自由切换运行。pwm中断模块的流程图3所示。初始化模块主要完成程序所用变量的初始化，pwm中断初始化，捕获中断初始化，发初始定位脉冲；捕获中断完成反电势过零点的捕获及换相周期确实定；采样庇护模块主要用来采集直流侧电压和电流，以及判定和处理故障。试验数据证实，换相时刻的精确性和相位跟踪的迅速性对电机控制的性能影响极大，电子开关的精确换相点每次都在该相不激励绕组的反电势过零后30%26;176;的电角度位置，因为电机的运行是变速运行，换相周期是变幻的，所以并不能精确确定延迟30%26;176;电角度的换相时光，只能按照前若干个换相周期的变幻趋势，对该次换相时刻举行合理有效的滤波和预估，有数字滤波和锁相跟踪两种方式。图4为系统正常运行时测得的线电