無位置傳感器無刷直流電機(jī)的換相方式研究

摘要：在介紹傳統(tǒng)無位置傳感器反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，采用了恒零相移濾波技術(shù)，提出了一種新型的檢測(cè)方法，并對(duì)這種新型的檢測(cè)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終證實(shí)了控制策略的正確性與合理性。
關(guān)鍵詞：無位置傳感器；無刷直流電機(jī)；分壓電路；恒零相移濾波；線電壓比較器

引言
永磁無刷直流電機(jī)由于其無換向火花、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無勵(lì)磁損耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)以來，就在很多場(chǎng)合得到越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的永磁無刷直流電機(jī)均需一個(gè)附加的位置傳感器，用以向逆變橋提供必要的換向信號(hào)。它的存在給直流無刷電機(jī)的應(yīng)用帶來很多不便：首先，位置傳感器會(huì)增加電機(jī)的體積和成本；其次，連線眾多的位置傳感器會(huì)降低電機(jī)運(yùn)行的可靠性，即便是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的霍爾傳感器，也存在一定程度的磁不敏感區(qū)；再次，在某些惡劣的工作環(huán)境中，如在密封的空調(diào)壓縮機(jī)中，由于制冷劑的強(qiáng)腐蝕性，常規(guī)的位置傳感器根本就無法使用；此外，傳感器的安裝精度還會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)行性能，增加生產(chǎn)的工藝難度。針對(duì)位置傳感器所帶來的種種不利影響，近一二十年來，永磁無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制一直是國(guó)內(nèi)外較為熱門的研究課題。從20世紀(jì)70年代末開始，截至目前為止，永磁無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制已大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，針對(duì)不同的電機(jī)性能和應(yīng)用場(chǎng)合出現(xiàn)了不同的控制理論和實(shí)現(xiàn)方法，如反電勢(shì)法、續(xù)流二極管法、電感法等。
所謂的無位置傳感器控制，正確的理解應(yīng)該是無機(jī)械的位置傳感器控制，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，作為逆變橋功率器件換向?qū)〞r(shí)序的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)仍然是需要的，只不過這種信號(hào)不再由位置傳感器來提供，而應(yīng)該由新的位置信號(hào)檢測(cè)措施來代替，即以提高電路和控制的復(fù)雜性來降低電機(jī)的復(fù)雜性。所以，目前永磁無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制研究的核心和關(guān)鍵就是架構(gòu)一轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)線路，從軟硬件兩個(gè)方面來間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，借以觸發(fā)導(dǎo)通相應(yīng)的功率器件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)方法
無刷直流電機(jī)中，受定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的作用，轉(zhuǎn)子沿著一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)定子上放有電樞繞組，因此，轉(zhuǎn)子一旦旋轉(zhuǎn)就會(huì)在空間形成導(dǎo)體切割磁力線的情況。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，導(dǎo)體切割磁力線會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電熱。所以，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的時(shí)候就會(huì)在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，即運(yùn)動(dòng)電勢(shì)，一般稱為反電動(dòng)勢(shì)或反電勢(shì)。
1．1 傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)的原理
具有梯形反電動(dòng)勢(shì)波形的三相無刷直流電機(jī)主電路，對(duì)于某一相繞組(假設(shè)A相)，其導(dǎo)通時(shí)刻的基本電路原理圖如圖1所示。

1．2 反電動(dòng)勢(shì)的推導(dǎo)
無刷直流電機(jī)的三相端電壓方程：