外转子无刷直流电机无位置传感控制技术研究

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1、外转子无刷直流电机无位置传感控制技术研究姜卫东赵勇邢栋汪正玲合肥工业大学电气与自动化工程学院(230009)OuterRotorBrushlessDCMotorBasedOnsensorlesscontroltechnologyJiangWei-dong,ZhaoYong,XingDong,WangZheng-ling(SchoolofElectricalEngineering&automation,HefeiUniversityofTechnology)摘要：随着无刷直流永磁电动机的广泛应用，无位置传感控制技术也日益成为无刷直流电机控制领域一个重要的研究方向，特别是“反电势法

2、”已成为在实际应用中最为广泛和成熟的无位置传感控制方法。本文在详细介绍传统“反电势法”无位置传感控制技术的基础上，提出了一种改进的“反电势法”。此种方法检测转子位置准确、电机可调速范围宽，最后通过搭建实验平台验证了此方法的正确性和可行性。关键词：无刷直流电机；无位置传感；反电势法Abstract：WiththebrushlessDCmotor(BLDCM)widelyused,thesensorlesscontroltechnologyisincreasinglybecominganimportantresearcharea,especiallytheback-EMFmethodhas

3、becomethemostwidelyusedinpracticalapplications.Thispaperdescribesthetraditionalback-EMFcontrolwithsensorlessindetailandproposedamodifiedback-EMFmethod.Thismethodaccuratelydetecttherotorpositionandthemotorspeedrange.Finally,buildedtheexperimentalplatformtovalidatedthismethodiscorrectanduseful.Key

4、words：BLDCM;Positionsensorless;Back-EMF0引言无刷直流电机运行时需要采用位置传感器检测转子磁场位置信号，以控制逆变器功率管的换流，实现电机的自同步运行[1]。传统的位置传感器件如霍尔元器件、旋转变压器等需要装配在电机内部来检测转子位置信号，由于外转子电机特殊的结构设计，使安装和维修都极其的不方便。因此无刷直流电机无位置传感技术的研究日益受到人们的关注，而反电势法是诸多无位置传感控制技术中比较成熟的一种方法，本文提出的改进的反电势法所需的硬件简单，控制精确、稳定，通过实际的实验证明该方法是正确、有效的。图1：无刷直流电机控制原理框图1无刷直流电机运行

5、原理本文以星形连接、两两导通三相六状态无刷直流电机为研究对象，图1为无刷直流电机控制原理框图，逆变器件以PWM调制方式工作，控制器以Freescale56F8013为核心。对于三相六状态120°导通方式，各功率管的导通顺序是S0S3、S0S5、S2S5、S2S1、S4S1、S4S3，当导通功率管S0S3时，电流经S0管从A相流入，从B相流出，经S3管回到电源的负母线，此时在电机定子绕组中产生旋转磁场，使转子旋转，这样在上述六个状态的循环轮流导通下，转子不断的连续旋转。改变各功率管的导通顺序就可以改变电机的旋转方向。2“反电势法”位置检测的实现2.1“反电势法”BLDCM控制原理无刷直流

6、电机中，受定子绕组电流合成磁场的作用，转子沿着一定的方向连续转动。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势。所以，在转子旋转的时候就会在定子绕组中产生感应电势，由于该电势方向与绕组中电流的方向相反，因此将其称之为反电动势，简称反电势(BEMF)。对于稀土永磁无刷直流电机，其气隙磁场波形一般为方波，其理想波形如下图所示[2]：B0?图2：方波气隙磁场分布对于方波气隙磁场的电机，当定子绕组采用集中整距绕组，方波磁场在定子绕组中感应的电势为梯形波，如图3所示[2]：e?t图3：梯形波反电势与方波

7、电流在不考虑其他因素的情况下，反电势过零点出现后的?／6电角度即是无刷直流电机的换相时刻。理想状态下无刷直流电机三相反电势波形图如图4所示：图4：理想状态下无刷直流电机三相反电势波形图由图3和图4可知，如果能够准确的检测到三相反电势的过零点信号，就可以判断出转子的位置，然后通过软件将过零点信号延时?／6电角度后，就可获得电机的换相信号，根据换相信号导通相应的功率管就可以实现无刷直流电机的换相，驱动无刷直流电机的正常运转。此即为反电势过零点法实现