无刷直流电机相序测定的一种实用方法

1、无刷直流电机相序测定的一种实用方法无刷直流电机采纳换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直流电机类似的机械特性，其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋转磁场驱动转子转动。因为转子采纳了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、分量轻、结构容易的特点。随着技术的进展，无刷直流电机的应用越来越广泛。迅速有效地确定位置和绕组间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。文献介绍了无刷直流电机相序故障自复原的办法，此种办法相应增强了软件的复杂性。文献介绍了一种非数字量输出的位置传感器相序测定办法，但需要对各相举行测量。文献采纳通电实验的办法测定无刷直流电机的相序关系，但将转子转动

2、到某一固定状态对于极对数较多的无刷直流电机相对困难，给两相绕组通电的过程也需要注重绕组大小。本文通过对三相无刷直流电机传感器位置、输出信号与绕组电动势间的关系举行分析，提出了一种测定其相序的有效办法。2 无刷直流电机基本控制办法无刷直流电机的转子磁钢呈瓦片形，磁极与定子绕组间气隙匀称，气隙磁场呈梯形分布。定子绕组感应电动势波形为梯形波。无刷直流电机定子绕组通常采纳三相星形接法，需要应用三相全桥控制，其驱动控制系统结构1所示。由v1v6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。根据功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。因为两两导通方式提供了更大的电磁转矩而被广泛采纳。在

3、两两导通方式下，每一眨眼有两个功率管导通，每隔16周期即60°电角度换相一次，每只功率管持续导通120°电角度，对应每相绕组持续导通120°，在此期间相电流方向保持不变。为保证产生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转子磁场保持垂直。因为采纳换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°120°相对垂直的范围区间。功率管的换信任号需要从位置传感器的状态得出，换相时刻也就是的信号状态转变的时刻。因此霍尔传感器和三相绕组对应关系确实定对于电机的正确运行十分重要。3 相序测定的有用办法3.1 位置传感器安装方式

4、位置传感器在无刷直流电机控制系统中起着十分重要的作用。它用于检测转子磁极的位置，为开关电路提供正确的换信任息。无刷直流电机常用的位置传感器是霍尔传感器，霍尔元件数通常与绕组相数相等，转子磁钢作为霍尔元件的励磁磁场磁极。为了产生正确的换向信号，霍尔传感器安装位置有一定要求，通常有120°安装和60°安装两种方式，2所示。以霍尔传感器安装方式为120°为例，位置传感器输出波形、电机定子绕组通电电流和反电动势相位关系3所示。以位置传感器的信号状态区别，将无刷直流电机的运行状态分割为6个状态。各功率管导通区间3所示。两种位置传感器安装方式在本质上是相同的，在电机旋转过程中

5、，都将360°电角度分割为6种状态，其中60°安装方式可以认为是将120°安装时的一个霍尔元件反转180°安装，各元件换相时刻均相同。在换相控制中，将三个霍尔传感器的输出信号状态的组合作为状态控制变量，例如在图3所示的第一个运行区间内状态控制变量为h1 h2 h3(101)。在不同安装方式下各霍尔元件产生不一样的状态控制变量。在120°安装下，3个位置传感器信号组成的控制变量为001-110。60°安装情况下，将浮现000和111的状态变量，而缺失中间的两个状态，因而他们的换相控制表是有区分的。通过观看霍尔传感器是否浮现111和000

6、的状态就可以判定霍尔传感器是哪种安装方式。3.2 相序测定办法三相星形衔接的无刷直流电机，其绕组等效模型1所示。做如下假设，无刷电机三相彻低对称，磁路不饱和，不计磁滞和涡流损耗。三相绕组的电压平衡方程则如式(1)所示：其中ua，ub，uc为相电压，e为各相绕组反电动势，i为流过各相绕组的电流，un为三相绕组中点电压。l为三相绕组互感与自感的合成。在无刷电机三相绕组均为开路的状况下，即ia=ib=ic=0，我们可以得到下面的结论。其中uba和uca为三相绕组的线电压。从式(2)，式(3)中可以看到，在三相绕组开路的状况下，上面的两个量可以用反电动势表示。对于反电动势的相位关系，由图3中做进一步的

7、推导，可以得出4所示的相位关系。依据这一相位图，可以清晰地辨别出各位置传感器与各相绕组间的相位关系，三相绕组间的电位关系也可以判定，按照图4同样可以测定三相绕组间的关系。对于60°安装的位置传感器可以根据上面的办法得出类似的相位图，用于测定相序。4 试验验证用法一台无刷直流电机来验证前文提出的办法。试验电机型号为：57bl-3030h1-ls-b。额定转速为3 000 rpm，极对数为5，采纳开关霍尔传感器作为位置传感器，位置传感器为120°安装方式。在试验中，首先确定任一绕组作为a相参考绕组，转动电机，用测量另外两相与a相间线电压的相位关系，得到的线电压波形5所示。对照图4，两个线电压波形的相位率先的则为uba，据此可以迅速确定b相和c相。然后以铭uba为参考相位，分离测量三个霍尔传感器与uba的相位关系，其中一