无位置传感器无刷直流电机的换相方式研究

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在介绍传统无位置传感器反电动势检测方法的基础上,采用了恒零相移滤波技术,提出了一种新型的检测方法,并对这种新型的检测方法进行了实验验证,最终证实了控制策略的正确性与合理性。

引言
永磁无刷直流电机由于其无换向火花、运行可靠、维护方便、结构简单、无励磁损耗等众多优点,自20世纪50年代出现以来,就在很多场合得到越来越广泛的应用。传统的永磁无刷直流电机均需一个附加的位置传感器,用以向逆变桥提供必要的换向信号。它的存在给直流无刷电机的应用带来很多不便:首先,位置传感器会增加电机的体积和成本;其次,连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性,即便是现在应用最为广泛的霍尔传感器,也存在一定程度的磁不敏感区;再次,在某些恶劣的工作环境中,如在密封的空调压缩机中,由于制冷剂的强腐蚀性,常规的位置传感器根本就无法使用;此外,传感器的安装精度还会影响电机的运行性能,增加生产的工艺难度。针对位置传感器所带来的种种不利影响,近一二十年来,永磁无刷直流电机的无位置传感器控制一直是国内外较为热门的研究课题。从20世纪70年代末开始,截至目前为止,永磁无刷直流电机的无位置传感器控制已大致经历了3个发展阶段,针对不同的电机性能和应用场合出现了不同的控制理论和实现方法,如反电势法、续流二极管法、电感法等。
所谓的无位置传感器控制,正确的理解应该是无机械的位置传感器控制,在电机运转的过程中,作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号仍然是需要的,只不过这种信号不再由位置传感器来提供,而应该由新的位置信号检测措施来代替,即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。所以,目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的核心和关键就是架构一转子位置信号检测线路,从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号,借以触发导通相应的功率器件,驱动电机运转。

1 传统反电动势检测方法
无刷直流电机中,受定子绕组产生的合成磁场的作用,转子沿着一定的方向转动。电机定子上放有电枢绕组,因此,转子一旦旋转就会在空间形成导体切割磁力线的情况。根据电磁感应定律可知,导体切割磁力线会在导体中产生感应电热。所以,在转子旋转的时候就会在定子绕组中产生感应电势,即运动电势,一般称为反电动势或反电势。
1.1 传统反电动势检测的原理
具有梯形反电动势波形的三相无刷直流电机主电路,对于某一相绕组(假设A相),其导通时刻的基本电路原理图如图1所示。

 


1.2 反电动势的推导
无刷直流电机的三相端电压方程:

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