無位置傳感器無刷直流電機(jī)三段式啟動技術(shù)

周沙

摘 要 在無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制中，反電勢法主要是通過檢測反電勢過零點來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，但在電機(jī)靜止或者轉(zhuǎn)速很低時，不能準(zhǔn)確檢測出反電勢過零點，因此經(jīng)常采用三段式啟動方法，本文詳細(xì)介紹了三段式啟動技術(shù)的原理。

關(guān)鍵詞 無刷直流電機(jī) 反電勢 三段式

中圖分類號：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)是無刷直流電機(jī)發(fā)展的一個重要方向。一般采用轉(zhuǎn)子位置估算方法實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的檢測并用于換相。但是電機(jī)在起動過程中由于可用于檢測的信號很微弱，采用常規(guī)的轉(zhuǎn)子位置估算方法無法確定轉(zhuǎn)子真實位置，因此對無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制的起動必須采取特殊的方法。目前經(jīng)常采用的啟動方法為“三段式”啟動，一般來說，三段式啟動包括定位、加速、切換三個過程。

1轉(zhuǎn)子預(yù)定位

電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時，并不知道電機(jī)轉(zhuǎn)子所處的位置，轉(zhuǎn)子的位置決定逆變器功率管的通斷，因此無法確定首先導(dǎo)通哪兩相來啟動電機(jī)。電機(jī)零啟動選用的方法一般是先選定電機(jī)任意兩相進(jìn)行通電，通電后，會產(chǎn)生一個合成磁場，轉(zhuǎn)子會在磁場的作用下向合成磁場的軸線方向旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子磁極與磁場軸線在同一個方向上。如圖1-1所示，若給電機(jī)A相和B相通電，則定子磁勢方向為F1，假設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子處在圖中所示位置，則轉(zhuǎn)子磁勢方向為F2，在合成磁場的作用下，轉(zhuǎn)子會順時針旋轉(zhuǎn)起來。

2外同步加速

轉(zhuǎn)子初始位置確定后，就可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置確定下一次換相應(yīng)該導(dǎo)通的功率管，由于反電勢過小無法準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子位置，因此，需對電機(jī)進(jìn)行加速，此過程為開環(huán)過程。每次對電機(jī)進(jìn)行換相時，并不清楚轉(zhuǎn)子所處的位置，只是按照預(yù)先設(shè)置好的換相順序?qū)β使茌喠鲗?dǎo)通。電機(jī)在速度較低時，反電勢小，對應(yīng)的逆變器斬波占空比也小，當(dāng)速度逐漸增大時，逆變器的斬波占空比隨之也應(yīng)增大，這樣可以保證無刷直流電機(jī)啟動時不會失步。由于是開環(huán)啟動，換相時轉(zhuǎn)子具體位置未知，如果換相時轉(zhuǎn)子位置與應(yīng)換相位置相隔太遠(yuǎn)，可能引起反轉(zhuǎn)和振蕩導(dǎo)致啟動失敗，因此應(yīng)合理設(shè)置加速曲線和控制繞組施加電壓的大小，使電機(jī)每次換相時都接近最佳換相點，才能順利加速啟動。合理的加速曲線設(shè)置應(yīng)該在每次換相后，電壓施加時間都比前一次少，而且在低速時，電機(jī)應(yīng)加速慢，到達(dá)預(yù)定位置前，速度逐漸變快。針對以上要求，所以本文設(shè)計的加速過程為：假設(shè)電機(jī)加速啟動階段的總時間為T，電機(jī)輪流導(dǎo)通功率管器件，第一次換相后，功率管導(dǎo)通時間為aT，第二次換相后，功率管導(dǎo)通時間為a2T，第三次為a3T……。依此類推，同時不斷調(diào)整電壓頻率和PWM占空比，如果電機(jī)經(jīng)過N次換相能達(dá)到預(yù)定的頻率，即反電勢過零點可以準(zhǔn)確檢測，可以通過反電勢法來檢測轉(zhuǎn)子位置時，則電機(jī)開環(huán)加速結(jié)束，切換到閉環(huán)加速狀態(tài)。

3切換

當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)加速到達(dá)一定速度時，就可以通過檢測反電勢來確定轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)在靜止或者低速狀態(tài)運(yùn)行時，逆變器通過選擇器選擇的是三段式啟動方法控制。當(dāng)電機(jī)由靜止啟動后，加速運(yùn)行到具有一定速度時，通過設(shè)定選擇器的閥值大小來決定是否切換。因此當(dāng)反電勢過零點能準(zhǔn)確檢測出時，系統(tǒng)切換到反電勢法控制。

三段式啟動技術(shù)，彌補(bǔ)了電機(jī)靜止或者低速時線反電勢法檢測轉(zhuǎn)子位置不適用的情況，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制技術(shù)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

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