无位置传感器无刷直流电机启动系统研究

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1、无位置传感器无刷直流电机启动系统研究摘要：无位置传感器无刷直流电机具有启动时间长，传统的电机启动方法容易使得电机失步，带负载启动能力弱等特点。根据无刷直流电机定子铁心的饱和效应，这里采用三段式中的初始位置预定位法进行转子预定位和两步短时脉冲法进行转子加速。该方法能够快速得到转子的位置，并且在不失步的情况下得到初步速度，建立较低的反电动势，进而切换至反电动势控制方式运行。关键词：无刷直流电机；转子预定位；两步短时脉冲定位加速法中图分类号：TM332文献标识码：A1刖目无刷直流电机因其调速特性好、无换向火花、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点得到了广泛的应用［1］。无刷

2、直流电机的类型很多，从有无位置传感器可以分为无位置传感器的无刷直流电机和有位置传感器的无刷直流电机。有位置传感器的无刷直流电机在其启动时无需特殊注意。但是因为无位置传感器的无刷直流电机在体积和生产成本上与有位置传感器的无刷直流电机有着无可比拟的优势，所以无位置无刷直流电机在生产和生活中的应用越来越得到人们的重视，而其如何启动也就顺理成章的成为了人们的研宄对象P］。在对于无位置传感器无刷直流电机常用的启动方法包括三段式启动法，升频升压同步启动法。其中三段式启动法简单，但是实验调试特别的复杂，要依靠大量的经验施加电压矢量，而且还容易受到负载条件的影响，很容易使得启动失败，甚至

3、发生倒转，存在严重的安全隐患［3］。升频升压发启动比较可靠，但是没有严格的换向信号作为指导，虽然可以携带一定的负载进行启动，但是附加的启动电路增加了电机的尺寸，降低了系统的可靠性，也不是这类电机启动的最佳选择［4］。本文提出了一种基于结合传统三段式法的转子预定位法和两步短时脉冲加速法，两步即可使得电机顺利启动，最后根据反电动势建立完整的控制系统，整个过程简单易行，大大降低了电机启动失败的概率。2短时脉动法的理论基础本文所研究的无刷直流电机的结构如图1所示，无刷直流电机电机的转子位于整个电机的中心，是由永磁体组成的，而定子则是由缠绕于铁心的线圈而成，结构如图所示。转子即永磁

4、体有N和S不同的极性，而在外部缠绕在铁芯上的线圈在外部电路的控制作用下产生不同的磁场，两个磁场相互作用，使得转子转动［5］。计算技术与自动化2016年6月第35卷第2期王哲等：无位置传感器无刷直流电机启动系统研宄这里线圈缠绕在铁心上形成定子，当外加磁场作用于线圈时，电感L的值会随着磁场的大小和方向的变化不断的变化。当线圈中通过的电流和转子的磁场保持一致时，电感L减小，当处于垂直状态时，电感L的值最大［6］，如图2所示。电压电流和电感的关系如式2,这就是短脉冲检测的原理。无刷直流电机的通电线圈处于电机的外侧，即电机的定子，电流通过线圈，线圈存在电感，而作为电机的转子的永磁体

5、对于线圈的电感有着增磁和去磁作用，永磁体（即转子）的N极靠近线圈时，线圈的电感值减小，所以当线圈中存在电流并且转子的N极靠近线圈时，电流会因为线圈电感值的减小而增大。3电机的控制原理图，经过简化以后可以得到下图所示：这样我们能够根据电路中电流的大小判断出转子的位置，也能够根据电流的大小得到换向点。3转子定位及加速3.1转子预定位法对于无传感器的无刷直流电机而言，在电机启动之前，转子的初始位置是随即的，也就是未知的，所以得到转子的确切的初始位置对于这类无传感器无刷直流电机的启动是至关重要的。为了简单而准确的定位到转子的初始位置，这里我们采用转子预定位的方法是借鉴三段式启动法

6、的转子预定位法，在电机通电伊始，给电机的任意两项通电一段时间，使定子能够产生一个固定的磁场，如下图a所示。在磁场力F的作用下，电机转子转动到如图a的位置，但是若电机初始位置正好与F相差180度，如b,这时在理论上产生的电磁转矩为零，所以要进行电机的第二次定位，也就是按电机的旋转方向导通下一次绕组电流，使其产生与原来F相差90度的F’方向的磁场力，这样，不论转子的初始位置是在a的位置上还是在b所指的位置上，转子都将转动到F’所指的位置P］。其实，在实际实验中，我们发现，转子大部分时候是不需要二次定位的。但是我们这里为了防止意外情况的出现，还是采用了更为保守的二次定位。这样谁

7、稍稍延长预定位的时间，但是杜绝了意外的发生。等到电机的转子到达指定位置后，将在指定位置处左右摆动，处在一个不稳定的状态，最后在摩擦力和磁滞涡流的作用下停止。很多时候为了让转子有足够的时间反应调整位置，所以我们要对电机的通电时间稍微长一点［8］，但是电压不要过大，因为在这个阶段，我们通常不使用PWM来调节电压。3.2转子加速电机的加速过程采用的导通方式为二二导通方式。如下图所示，经过转子预定位，转子到达指定的位置，给电机的绕组依次通电，就可以保证电机转动。但是如何找到电机的换向点，是加速过程的一个关键，过早和过完的换向都会引起电