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1、无刷直流电机驱动控制的3次谐波检测法 陈 剑 陆云波 鱼振民伺服技术·SERVOTECHNIQUE无刷直流电机驱动控制的3次谐波检测法陈 剑,陆云波,鱼振民(西安交通大学电气工程学院,陕西 西安 710049)摘 要:介绍一种具有较宽调速范围的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测新方法——反电势3次谐波检测法。从理论上推导了如何从电机中获取反电势3次谐波信号,并将3次谐波信号转化成转子磁通位置信号。实验结果证明了此方法的正确性。关键词:无刷直流电动机;无位置传感器;3次谐波检测法中图分类号:TM301.2文献标识码:A文章编号:1001-6848(2002)05-0023-
2、03ControlofBrushlessDCMotorBasedontheThirdHarmonicSensingSchemeCHENJian,LUYun-bo,YUZhen-min(ElectricalEngineeringCollege,Xi'anJiaotongUniversityXi'an710049,China)Abstract:Thispaperdescribesanovelsensorlessmethodforrotorfluxpositionforbrushlesspermanentmagnetmotoroperatingoverawidespeedrang
3、e,bydetectingthethirdharmonicsignalofback-emf.Howtoobtainthethirdharmonicsignalandthentotransformittothesignalofrotorfluxpositionisdiscussedinthepaper.Effectivenessofthismethodisverifiedbytheresultsoftheexperiment.Keywords:brushlesspermanentmagnetmotor;sensorless;thethirdharmonicsensingsch
4、eme方法。1 引 言23次谐波检测原理及获取对转子位置进行检测是无刷直流电动机控制系2.13次谐波法检测原理统的一个重要特点。端电压检测法技术成熟,工作可靠,是最为实用的一种无刷直流电动机无位置传感 图1为无刷直流电机气隙磁密理想分布图。在器转子位置检测方法。但是,该方法需要引入一个在梯形气隙磁密中,除了基波分量外,主要是与基波分整个工作频率范围内都要求具有恒定相移的无源低量同相位的3次谐波分量。二相定子绕组相电压的通滤波器,设计出完全满足这种要求的滤波比较困矢量和只剩下3次谐波分量及其它一些高次谐波分难。而且,究其根本,该方法实际检测的是绕组反电量,当然,这个信号的提
5、取需要电机的中性线,以便势,由于反电势的幅度大小与电机的转速成正比,所3次谐波信号形成回路。这个额外的连接线尽管在[1]以在低速时,反电势信号很难检测到。这就造成采大部分应用中不难获得——只需要给电机加1根中用该方法的系统低速性能差,调速比很低,而且不能性线,但多少都带入了额外的成本和安装的不便。所以无刷工作方式自行起动。以本文将探讨两种3次谐波检测方法,一种是利用方波无刷直流电机的反电势为典型的梯形波,电机的中性线,一种是不需要电机的中性线。[2]它包含反电势基波及一系列的高次谐波。通过对电枢三相相电压的简单叠加,反电势的基波分量以及其它一些高次谐波由于相位互差120°而
6、互相抵消,而3次谐波分量由于同相而互相叠加,可以从中提取3次谐波分量。在任何转速及负载下,3次谐波分量与转子磁势总是保持一个恒定的相位差,并且不受逆变器变流干扰的影响。正由于这些特性,使得图1 气隙磁密理想分布图用3次谐波来检测转子的位置成为一种非常有效的电机定子绕组三相瞬时电压方程如式(1)所示:收稿日期:2002-07-02—23—微电机 2002年 第35卷 第5期(总第128期)dias式中,rs为电机的相电阻,Ls为相电感,eas、ebs、uas=rsias+Ls+easdtecs为三相开路相电压,也就是反电势电压,它是转子dibs磁通以及定子绕组参数的函数。对于
7、整距磁极和整ubs=rsibs+Ls+ebs(1)dt距定子相绕组,上述电机三相反电势电压谐波表达dicsucs=rsics+Ls+ecs式分别如式(2)所示:dtE(cosXet+k3cos3Xet+k5cos5Xet+⋯)2P2P2PE[cos(Xet-)+k3cos3(Xet-)+k5cos5(Xet-)+⋯]333(2)4P4P4PE[cos(Xet-)+k3cos3(Xet-)+k5cos5(Xet-)+⋯]333[2,3] 这些电压只与转子磁通以及定子绕组参数有波电流,所以端电压中3次谐波分量只和气隙
