直流无刷电机无位置传感器控制中反电动势过零检测算法及其相位修

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1、电气传动　2001年　第2期　直流无刷电机无位置传感器控制中反电动势过零检测算法及其相位修正上海大学　张相军　陈伯时　朱平平上海新源变频电器有限公司　雷淮刚　　摘要:针对具有梯形反电动势波形的直流无刷电机无位置传感器的控制,文章提出了一种软件实现的方法,给出了算法,并通过实验验证了这种方法的正确性和可行性。关键词:梯形反电动势　直流无刷电机　无位置传感器控制　软件实现Zero-crossingAlgorithmandPhaseCorrectionofBEMFintheSensorlessControlofTrapezoidalBLDCMotorsZhangXian

2、gjunChenBoshiZhuPingpingLeiHuaigangAbstract:Inthispaper,asoftwaremethodandanalgorithmareputforwardforthesensorlesstrapezoidalbrushlessDCmotor.Theexperimentalresultsshowthattheadvancedmethodiscorrectandfeasible.Keywords:trapezoidalBEMFbrushlessDCmotorsensorlesscontrolsoftware2realize形成

3、正弦波Vs,其相位滞后Vin90°(电角度),再与1　引言参考电压Vref比较后,得到电机转子位置信号Vo。直流无刷电机实际上是一种永磁同步电机,Vo的每一次跳变代表着相应的换相时刻的到来。其转子采用永磁材料励磁,体积小、重量轻、结构检测电路结构简单,控制上占用CPU时间少,容简单、维护方便、运行可靠,且具有高效节能、易于易编程。但是,一旦硬件检测电路确定下来,其带控制等一系列优点,已广泛应用于办公自动化设宽也就确定下来。当电机调速范围比较宽时,Vin备、计算机外围设备、仪器仪表和家用电器等领与Vs的相位差不等于90°(电角度),使位置检测[1]域。无位置传感器控

4、制技术的提出,解决了传感不准确。而且在低频段二者相位差小于90°,高频器的难于安装和维修等一系列弊病,在小容量、轻段二者相位差大于90°。所以,这种方法灵活性载起动条件下,无位置传感器无刷直流电机成为差,不便于调整。一种理想的选择,并具有广阔的发展前景。尤其在家电领域中得到了长足的发展。具有梯形反电动势波形的无刷直流电动机转子位置检测方法可以分为两种类型,一种是连续型位置检测,另一种是离散型位置检测,即只检测与换相有关的特殊点。连续型位置检测对电机转图1　换相点检测电路原理图子位置估算相对准确,一般用于伺服控制系统。但反电动势过零检测法比积分法灵活、便利得计算复杂

5、,不易于实现。而对于调速指标要求不高多,且计算简单,易于实现。下面给出反电动势过的系统(如变频空调控制系统),多采用离散型位零检测的软件实现方法。置检测方法。在这种方法中,根据检测点的不同,又可分为反电动势过零点检测和换相点检测2种2反电动势过零检测算法及其软件方法。直接检测换相点的方法是通过对反电动势实现进行积分来计算换相点,如图1所示。其检测原理　　以具有梯形反电动势波形的三相直流无刷电为将端电压Vin分压,经过耦合及滤波电路在n点14©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.

6、电气传动　2001年　第2期　机为例,设系统采用二二导通、三相6状态的度)即为换相点。这种方法简单、灵活。但实际应PWM调制方式,桥臂下管恒通。如图2所示为无用中是将端电压分压,并经阻容滤波后得到位置刷直流电机定子端一相等效电路及反电动势波检测信号(如图4),必然会产生相移,使位置检测形。其中L是相电感,R是相电阻,E是反电动不准确,这是其缺点。应用中必须进行适当的相位势,Vn是电机定子绕组中性点对地电压,Va、Vb、补偿。根据图4,很容易算出检测电路产生的相位Vc是每相输出端对地电压。依图2建立的三相端移。以u相为例,其中vi为u相端电压,vo为积分电压平衡方程

7、为输出,f为反电动势运行频率,则有diavoövi=R2ö(R1+R2+j2PfR1R2C1)(10)Va=Ria+L+Ea+Vn(1)dt相角位移dib+E2PR1R2C1fVb=Rib+Lb+Vn(2)A=arctan(11)dtR1+R2dicVc=Ric+L+Ec+Vn(3)dt图4　反电动势检测电路原理图图2　绕组等效电路及反电动势波形211　当0≤A<30°时由于采用的是二二导通方式,所以在每一瞬如图5a所示,此时反电动势过零点从m点间只有两相导通。设A相和B相导通,且A+,B移到m′点,检测到反电动势过零后,相位延迟角C-(即图2中的621扇区),如

8、图3所示。