第7章无刷直流电动机控制系统.ppt
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第7章无刷直流电动机控制系统,有刷直流电动机以它具有线性机械特性、宽调速范围、大起动转矩、较高效率、简单的控制电路等优点,在运动控制系统中得到广泛的应用。
但它的电刷和换向器带来了可靠性较低、需经常维护等弱点。
无刷直流电动机具有直流电机良好的调速特性,但由于没有换向器,因而可做成无接触式,具有结构简单、制造方便、不需要经常性维护等优点,是一种理想的变速电机。
无刷直流电动机可看成是一个定转子倒置的直流电动机。
普通直流电动机的电枢绕组在转子上,永磁体则在定子上,参见图7.0.1。
无刷直流电动机关键特征,1)本质上是多相交流电动机,但经控制获得类似直流电动机的特性;2)需要多相逆变器驱动;3)由于没有电刷和换向器,即使在很高的转速下,可得到较高的可靠性;4)电枢绕组在定子上,散热好;5)较普通有刷直流电动机效率高、体积小;6)低的EMI;7)总系统成本比直流电动机高;8)可实施无传感器控制;,无刷直流电动机的特点及其应用:
无刷直流电动机具有高效率、高转矩、高精度的特点,适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性,更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性价比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。
无刷直流电动机在先进国家已大量应用于军事、信息业(IT)、办公设备(OA)、家电业(HA)、DIY手动工具、伺服系统、电动汽车、电瓶车、磁悬浮列车等,永磁无刷直流发电机在中小型风力发电系统中广泛应用。
7.1无刷直流电动机的组成结构和工作原理,无刷直流电动机和一般的永磁有刷直流电动机相比,在结构上有很多相近或相似之处,用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极,用具有三相绕组的定子取代电枢,用逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷,就得到了三相永磁无刷直流电动机。
1.无刷直流电动机的结构特点,无刷直流电动机属于三相永磁同步电动机的范畴,永磁同步电动机的磁场来自电动机转子上的永久磁铁,永久磁铁的特性,在很大程度上决定了电动机的特性,目前采用的永磁材料主要有铁淦氧、铝镍钴、钕铁硼以及SmCO5和Sm2CO17。
常用永久磁铁的磁特性如图7.1.1所示。
在转子上安置永久磁铁的方式有两种,如图7.1.2所示。
一种是将成型永久磁铁装在转子表面,即所谓外装式;另一种是将成型永久磁铁埋入转子里面,即所谓内装式。
(1)根据永久磁铁安装在转子上的方法不同,永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种,永久磁铁转子的不同结构如图7.1.3所示。
扇形磁铁构造的转子具有电枢电感小,齿槽效应转矩小的优点。
但易受电枢反应的影响,且由于磁通不可能集中,气隙磁密度低,电极呈现凸极特性。
矩形磁铁构造的转子呈现凸极特性,电枢电感大,齿槽效应转矩大。
但磁通可集中,形成高磁通密度,故适于大容量电动机。
由于电动机呈现凸极特性,可以利用磁阻转矩。
此外,这种转子结构的永久磁铁不易飞出,故可适合于高速运转。
(2)根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁势分布的不同,三相永磁同步电动机可分为两种类型:
正弦波型和方波型永磁同步电动机。
正弦波型每相励磁磁势分布是正弦波状;方波型每相励磁磁势分布呈方波状。
稀土永磁方波型电动机属于永磁无刷直流电动机的范畴,而稀土永磁正弦波型电动机则一般作为三相交流永磁同步伺服电动机来使用。
但这不是绝对的,究竟是三相永磁无刷直流电动机(无刷直流电动机)还是三相交流永磁同步伺服电动机主要取决于电动机控制系统的控制方式,取决于电动机的转子位置传感器的类型。
2.无刷直流电动机的转子位置传感器,转子的位置检测器有多种,正弦波永磁同步电动机一般采用旋转变压器、绝对式光电脉冲编码器或增量式光电脉冲编码器作为位置检测元件,而在永磁无刷直流电动机(方波电动机)中,一般采用简易型的位置检测器,该器件不能用来检测转子的精确位置,主要作用是为了满足电动机换相的要求。
位置传感器是无刷直流电动机系统的组成部分之一,也是区别于有刷直流电动机的主要标志。
其作用是检测主转子在运动过程中的位置,将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号,为逻辑开关电路提供正确的换相信息,以控制它们的导通与截止,使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向,形成气隙中步进式的旋转磁场,驱动永磁转子连续不断地旋转。
位置传感器有电磁式、光电式、磁敏式等多种,它们各具特点。
磁敏式霍尔位置传感器结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化。
以霍尔效应原理构成的霍尔元件、霍尔集成电路、霍尔组件统称为霍尔效应磁敏传感器,简称霍尔传感器。
霍尔效应,任何带电粒子在磁场中沿着与磁力线垂直的方向运动时,都要受到磁场的作用力,即洛伦兹力,其大小可用下式表示:
(7.1.1),上式表明,洛伦兹力的大小与粒子的电荷量q,粒子的运动速度v及磁感应强度B成正比。
在没有外加磁场时,电子沿外加电场E的相反方向运动,形成一股沿电场方向的电流。
当加一与外电场垂直的磁场B时,运动着的电子受到洛伦兹力的作用将向左边偏移,并在该侧面形成电荷积累,由于该电荷的积累产生了新的电场,称为霍尔电场。
该电场使电子在受到洛伦兹力的同时还受到与它相反的电场力的作用。
随着半导体横向方向边缘上的电荷积累不断增加,霍尔电场力也不断增大。
它逐渐抵消了洛伦兹力,使电子不再发生偏移,从而使电子又恢复到原有的方向无偏移地运动,达到新的稳定状态,这时,在半导体两侧,就产生了一个电场,从而形成了一个电压,这就是霍尔电压。
根据霍尔效应的原理,可制成霍尔元件。
对于一定的半导体薄片,其霍尔电压U可用下式表示:
(7.1.2),当、和d都为固定值时,通过测量电压U就可测得磁感应强度B,这就是霍尔传感器的原理。
霍尔传感器按其功能和应用可分为线性型、开关型、锁定型三种。
线性型线性型传感器是由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、输出级等部分组成,为变化的磁感应强度,得到与磁感应强度成线性关系的输出电压。
可用于磁场、电流和电压测量等。
开关型开关型传感器是由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级等部分组成。
输人磁感应强度,输出开关信号。
直流无刷电动机的转子位置检测器属于开关型的传感器。
直流无刷电动机的霍尔位置传感器和电动机本体一样,也是由静止部分和运动部分组成,即位置传感器定子和位置传感器转子。
其转子与电动机主转子一同旋转,以指示电动机主转子的位置,既可以直接利用电动机的永磁转子,也可以在转轴其他位置上另外安装永磁转子。
定子由若干个霍尔元件,按一定的间隔,等距离地安装在传感器定子上,以检测电动机转子的位置。
霍尔位置传感器必须满足以下两个条件:
位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态是不重复的,每一个开关状态所占的电角度应相等。
位置传感器在一个电周期内所产生的开关状态数应和电动机的工作状态数相对应。
位置传感器输出的开关状态通过一定的逻辑变换与电动机的换向状态对应,从而完成换向。
对于三相无刷直流电动机,其位置传感器的霍尔元件的数量是3,安装位置应当间隔120电角度,其输出信号是Hu、Hv、Hw,波形如图7.1.4所示。
3.直流无刷电动机的换向原理,图7.1.4表明,无刷直流电动机转子位置传感器输出信号Hu、Hv、Hw在每3600电角度内给出6个按顺序排列的代码:
101、100、110、010、011、001。
该顺序与电动机的转动方向有关,如果转向反了,代码顺序也将倒过来。
无刷直流电动机的电子换向器主回路如图7.1.5所示,三相H形桥式逆变电路由6只功率开关元件组成。
如图7.1.6所示是无刷直流电动机的定子绕组的结构示意图。
其中虚线U1-U2、V1-V2、W1-W2分别表示与U相、V相、W相绕组轴线相正交的位置;显然由U1-U2、V1-V2、W1-W2交叉形成了6个60的扇区,故将图7.1.6称作“定子空间的扇区图”。
无刷电动机的换相过程可以通过两种方法来进行分析:
1)利用“定子空间的扇区图”来分析换相过程;2)通过分析电动机的三相反电动势来理解换相过程。
“定子空间的扇区图”有6个扇区,转子位置检测器能先后给出6个代码的输出信号,6个扇区和6个代码是一一对应的。
即当电动机的转子位于某个扇区内时,转子位置检测器发出的代码保持不变,一旦电动机转子转出了这个扇区,转子位置检测器就发出了新的代码,而这一新代码和电动机转子所处的新扇区是相对应。
如图7.1.7(a)所示,设电动机正处于1号扇区,为使电动机转子获得连续转矩,定子磁场应与转子垂直,即定子磁场须与V1-V2线重合(V1端为N极,V2端为S极)。
由于定子磁场由定子电流产生,故定子电流的流向为:
U1相电流由U1端流入U2端流出。
W相电流由W2端流入W1端流出。
V相不通电。
对应图7.1.5所示主回路中,1号、2号开关管导通,其余均关断。
随着电动机转子的转动,当转子转出1号扇区,进入6号扇区时,转子位置检测器发出的代码发生了改变,在逻辑电路的控制下,使得1号、6号开关管导通,其余的开关管都关断。
定子电流的流向为:
U相电流由U1端流入U2端流出。
V相电流由V2端流入由V1端流出。
W相绕组不通电。
这时定子磁场与W1-W2轴重合(W2端N极,W1端S极)。
与刚才的情况相比,定子磁场向前跨越了60电角度。
仍与转子保持近于垂直的位置,如图7.1.7(b)所示。
图7.1.7所示运用“定子空间扇区图”分析了三相无刷直流电动机在360电角度内的换相过程,可见,定子的磁场是步进前进的,每步跨越60电角度,而转子是连续地运行的。
从分析三相无刷直流电动机的三相反电势的角度,同样也可以理解其换相过程。
基本思路是这样的:
为了获得最大的转矩,应使每相的反电势与该相的电流的相位相同。
由于开关管的通电周期为120电角度,所以每相电流的宽度120,电流波型的中心位置应当与反电势的中心位置对应。
无论是从“定子空间扇区图”还是从电动机定子绕组的反电势来分析三相无刷电动机的换相过程,所得出的开关管的导通和关断状态与转子位置的关系都是相同的。
表7.1.1是对无刷直流电动机换相状态的总结。
前面分析的是电动机转子顺时针运转时的情况,电动机转子逆时针运转时的情况也是类似的。
7.2无刷直流电动机的基本公式和数学模型,无刷直流电动机的基本物理量有电磁转矩、电枢电流、反电势和转速等。
这些物理量的表达式与电动机气隙磁场分布、绕组形式有十分密切的关系。
对于永磁无刷直流电动机,其气隙磁场波形可以为方波,正弦波或梯形波。
对于采用稀土永磁材料的电动机,其气隙磁场一般为方波,理想波形如图7.2.1所示。
当定子绕组采用集中整距绕组时,方波磁场在定子绕组中感应的电势为梯形波。
方波电动机通常采用方波电流驱动,由电子换向器向方波电动机提供三相对称的、宽度为120电角度的方波电流。
方波电流应位于梯形波反电势的平顶宽度范围内,如图7.2.2所示。
下面分析方波电动机的电磁转矩、电枢电流和反电势等特性。
1.电枢绕组的反电势,电枢绕组的反电势为,其中转子线速度为,如定子每相绕组串联匝数为N,则每相绕组的反电势为方波气隙磁感应强度对应的每极磁通为其中,是计算极弧系数。
因而有,考虑到三相永磁方波电动机是两相同时通电,所以,线电势E为两相电势之和,即(7.2.1),2.电磁转矩,利用功率与速度的关系计算电磁转矩为式中则(7.2.2),从式(7.2.1)和式(7.2.2)可以看出,三相永磁方波电动机与永磁直流电动机有完全相同的反电势公式和转矩公式。
下面仍以三相永磁方波电动机为例来分析无刷直流电动机的数学模型。
由于稀土永磁无刷直流电动机的气隙磁场、反电势以及电流是非正弦的,因此采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法。
通常直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型,该方法既简单又具有较好的准确度。
假设磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗,三相绕组完全对称,则三相绕组的电压平衡方成为(7.2.3),对于方波电动机由于转子磁阻不随转子的位置变化,因而定子绕阻的自感和互感为常数。
当采用Y型连接时,因而有(7.2.4),电动机的电磁转矩为(7.2.5),7.3无刷直流电动机的转矩波动,转矩波动是永磁无刷直流电动机在运行时的一个显著特点,产生转矩波动的原因是多方面的,下面对其产生原因进行分析。
普通永磁无刷电动机的气隙磁场都非1200方波,而是接近于正弦波;只有采用稀土永磁材料,才有可能使电动机磁场呈现120方波形状。
对于那些具有正弦波磁场,但按照无刷直流电动机工作方式运行的电动机,具有较大的转矩波动。
由“定子空间扇区图”可见,当转子在每个60扇区中转动时,定子磁场是保持在固定位置不变的。
在每个扇区中,定子磁场和转子的夹角是在从60到120的范围内变化,进入了新的一个扇区,由于定子磁场向前跨越了60,使得定子磁场和转子的夹角又重复前一个扇区内的变化。
对于这类电动机来说,定子磁场和转子之间的夹角的变化,是导致转矩波动的主要原因。
因为对于正弦波磁场的永磁电动机来说,其电磁转矩可由下式表示。
(7.3.1)式中K为系数;Fs为定子磁势;Fr为转子磁势;为定转子磁势间的夹角。
式(7.3.1)表明,对于具有正弦波磁场,但按照无刷直流电动机的工作方式运行的三相永磁电动机来说,其转矩波动的幅度是比较大的,当转子位于每个扇区的中央位置时,电磁转矩最大,如果把这点的值定为1,那么当转子位于扇区边缘时,转矩最小,只有0.866。
参见图7.2.1和图7.2.2,对于三相永磁方波电动机,由于其具有120的方波磁场,顶部宽度大于120的梯形波电势,以及120宽的方波电流,所以根据式(7.2.5),从原理上说,电动机的电磁转矩应当是平稳的,无波动的,但实际上,在这种情况下,转矩的波动仍然是存在的,只不过与前面分析的情况相比,波动要小得多。
对于方波电动机来说,引起波动的原因主要有:
齿槽效应和磁通畸变引起的转矩脉动;谐波引起的转矩脉动;电枢反应的影响;相电流换向引起的转矩脉动;机械加工引起的转矩波动;,7.4无刷直流电动机的驱动控制,电子换相控制电路接收电动机本体的转子位置传感器信号,经过逻辑电路的处理,发出换相控制信号。
近年来出现了无位置传感器的无刷电动机控制系统。
1.开环型无刷直流电动机驱动器,开环型三相无刷直流电动机驱动器内部包含有电子换相器主电路-三相H形桥式逆变器、换相控制逻辑电路、PWM调速电路以及过流等保护电路。
电路结构如图7.4.1所示。
(1)换相控制逻辑电路,参见图7.4.1,三相永磁无刷直流电动机的转子位置传感器输出信号Hu、Hv、Hw在每360电角度内给出了6个代码,换相控制逻辑电路接收转子位置传感器的输出信号Hu、Hv、Hw,并对其进行译码处理,给出电子换相器主回路(三相桥式逆变器)中6个开关管的驱动控制信号。
Hu,Hv,Hw给出的6个代码顺序是101、100、110、010、011、001,代码顺序决定了电动机的转动方向。
改变代码顺序,即改变电动机的转动方向。
故换相控制逻辑电路还应当接收电动机的转向逻辑控制信号DIR,高电平控制电动机正转,低电平控制电动机反转。
Hu、Hv、Hw给出的6个代码与图7.1.6中的6个“定子空间扇区”具有一一对应的关系。
为了得出换相控制逻辑电路中的逻辑关系,不失一般性,可以假定六个代码101、100、110、010、011、001分别与1、6、5、4、3、2号扇区相对应。
根据以上的条件,并结合本章第一节中对换相原理的分析,可以得出表7.4.1。
设1号6号开关管的控制信号分别为K1K6。
根据表7.4.1,可以得出逻辑表达式(7.4.1)根据式(7.4.1),可以得出换相控制逻辑电路。
(2)PWM调速电路,图7.4.2所示是一种实用的脉宽调制电路。
脉宽调制器的主体就是一片比较器LM311,输入的控制信号与三角波信号相叠加,叠加后的信号为其中,由换相控制逻辑电路输出的换相信号的频率与电动机的转速有关,还与电动机的磁极数有关。
无论在何种情况下,换相控制信号的频率都远远低于PWM信号的频率。
因此,可以把PWM信号和换相控制信号,通过逻辑“与”的办法合成在一起,通过调节PWM信号的占空比,来调节电动机的定子电枢电压,从而实现调速。
考虑到电动机在运行的过程中,在任何时刻,三相桥式逆变器中只有两个开关管导通,高压侧的一个开关管与低压侧的一个开关管串联导通的,所以,PWM信号只需与高压侧的三个开关管的控制信号通过逻辑“与”的办法合成在一起即可实现调压调速。
图7.4.3中表明了PWM信号与换相控制信号的合成和有关的波形。
(3)保护电路,无刷直流电动机在开环运行的情况下,最重要的保护就是过流保护,如图7.4.1所示,一般在主回路中的直流母线上取得过流反馈信号,在过流保护环节中与设定的保护值相比较,如果超过了保护值就引发了保护动作,一般是封锁逆变器中的开关管,从而实现保护。
无刷直流电动机的开环控制系统广泛应用于性能指标要求不高的场合,如电动自行车驱动、便携式电动工具的驱动、汽车电器等。
在这些应用领域,一般采用直流蓄电池供电,其电压一般低于DC36V,而驱动电流相对较大。
2.速度闭环的无刷直流电动机驱动器,如果对无刷直流电动机的速度调节范围和速度控制精度有较高的要求,应当采用速度闭环的控制结构,如图7.4.4所示。
将霍尔位置传感器的信号加以处理后,形成速度反馈信号。
霍尔位置传感器发出的是三路相差120的低频脉冲信号Hu、Hv、Hw,脉冲的频率正比于电动机的转速。
先对Hu、Hv、Hw三路信号进行辨向和6倍频处理,取出其中的方向信息,并使其频率提高。
辨向和6倍频处理电路如图7.4.5所示。
在图7.4.6中,正转和反转时一个周期内的波形被分成了12个区间,每个区间都相当于一个由Q5、Q4、Q3、Q2、Q1、Q0并行组成的代码。
正转时,代码依次为110001、110011、100011、000011、000111、001111、001110,、001100、011100、111100、111000、110000。
反转时,代码依次为001101、001111、001011、000011、010011、110011、110010、110000、110100、111100、101100、001100。
“公共代码”110011、000011、001111、001100、111100、110000正转特征代码110001、100011、000111、001110、011100、111000反转特征代码001101、001011、010011、110010、110100、101100,无论在正转脉冲序列还是在反转脉冲序列中,“公共代码”和“特征代码”都是交替出现的。
可以利用这一规律,来实现辨向和6倍频处理。
图7.4.5的逻辑表达式如下:
CPZ=Q5Q4/Q3/Q2/Q1Q0+Q5/Q4/Q3/Q2Q1Q0+/Q5/Q4/Q3Q2Q1Q0+/Q5/Q4Q3Q2Q1/Q0+/Q5Q4Q3Q2/Q1/Q0+Q5Q4Q3/Q2/Q1/Q0CPF=/Q5/Q4Q3Q2/Q1Q0+/Q5/Q4Q3/Q2Q1Q0+/Q5Q4/Q3/Q2Q1Q0+Q5Q4/Q3/Q2Q1/Q0+Q5Q4/Q3Q2/Q1/Q0+Q5/Q4Q3Q2/Q1/Q0,其中,CPZ和CPF分别是正转和反正时的,经过6倍频的输出脉冲,显然CPZ和CPF的频率与电动机的转速成正比,但其脉冲的宽度是不变的,等于一个同步时钟脉冲CP的周期。
根据这一点,就可以利用简单的低通滤波电路和加法电路得出与电动机的转速成正比的电压信号,这就是速度反馈信号。
由于反馈通道中存在大的滤波惯性环节,使得系统较易震荡,较难稳定。
在设计速度控制器的动态参数时,应当考虑相位超前补偿,以抵消由于反馈通路带来的相位滞后。
所以,这里的速度控制器一般不是一个纯粹的比例积分控制器。
3速度电流双闭环的无刷直流电动机驱动器,采用速度单闭环控制的无刷直流电动机控制系统可以提高电动机的速度控制精度,减小速度误差。
如果对系统的动态性能要求较高,例如要求电动机快速起制动、突加负载时速度改变小,恢复快等等,单闭环系统就无法满足要求了。
这时,需要转速和电流的双闭环控制。
与有刷直流电动机双闭环系统相比,无刷直流电动机双闭环系统中的电流环的结构具有其特殊性,这是由于这里有三相电枢绕组,在不同的时刻,电动机的电流经过其中不同的两相,根据这一特点,至少必须设置两路电流传感器(一般采用霍尔电流传感器),根据基尔霍夫电流定则,第三相的电流可由另外两相的电流值计算得到。
电流传感器的安装位置,以及输出的波形可见图7.4.7。
(1)采用单一电流控制器的方式,采用该方式,需将检测到的电流值和“拼接”起来,形成一个总的电流反馈信号,这个总的电流反馈信号的幅值就是。
电流反馈信号拼接的原理见图7.4.8。
如图7.4.9所示为绝对值电路,速度控制器的输出信号Ugi,经过绝对值的变换后,得到了转矩控制信号MCMD,这个信号用做电流环的给定,用来控制转矩的大小。
在绝对值电路中,还可以取出方向信号DIR,当Ugi的极性为正时,DIR为1;当Ugi为负的时候,DIR为0。
DIR信号用于换相逻辑控制电路中。
图7.4.10为采用单一电流控制器的无刷直流电动机双闭环控制系统的框图。
(2)采用两只电流控制器的方式,采用两只电流控制器构成双闭环系统,无需对电流反馈进行“拼接”,但需要对速度调节器的输出信号进行“分解”,使其能够成为U相和V相的电流给定信号。
实现对“分解”的电路如图7.4.11所示。
在这种控制方式下,电动机换相是与控制电流波形结合在一起来实现的。
无需专门的方向控制信号,图7.4.11可见,当极性反向以后,U相和V相电流的给定值都会发生相位移动,所以转矩的方向直接体现在的极性中。
U相和V相电流控制器LTU和LTV采用比例积分型,其输出信号分别为、,由反馈系统理论可知,和具有电动机绕组相电压控制信号的性质,W相绕组的相电压控制信号可由下式得到,采用这种三角载波比较方式实现电流跟踪控制具有谐波分量固定、电流波动小的特点,可以在一个三角波载波周期内实现电流的跟踪,即实现最短时间控制。
三角波载波信号的频率的选择,影响电流控制的快慢,平均的控制延时等于半个三角波载波周期,在这一延时小于电动机机电时间常数的1/10时,可以忽略不记。
图7.4.13是采用两个电流控制器的无刷直流电动机双闭环控制系统的框图。
7.5无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制,电动机中的位置传感器,增加了电动机的成本和制造的难度,在某种意义上来说也降低了运行的可靠性。
近年来,无位置传感器的无刷直流电动机已经引起了业内人们的高度重视,尽管无位置传感器的无刷直流电动机控制原理和控制电路稍复杂些,但总体结构大为简化了,制造的难度也降低了。
1.无刷直流电动机转子位置估计方法,无位置传感器的无刷直流电动机的转子位置需要通过估计来获得,获取转子位置的目的是为了换相,所以只需要估计出换相时刻的转子位置。
对于三相绕组的电动机,在一个电周期内只要估计六个时刻,相邻两时刻转子位置相差600电角度。
常用的方法有反电势法、定子三次谐波法、电流通路监视法等。
(1)反电势法,无刷直流电动机在任何时刻其三相绕组只有两相导通,每相绕组正反向分别导通120电角度,通过测量三相绕组端子及中性点相对于直流母线负端的电位,可估算换向时刻。
当某相绕组的端点电位与中性点电位相等时,说明此时刻这相绕组的反电势为零,再过30电角度就必须对开关管进行换相,据此可设计过零检测及移相(或定时)电路,得到全桥驱动内6个开关管的开关顺序,这种方法叫做直接反电势法。
还有一种间接反电势法,它直接测量定子每相的电压,然后由电压方程解出反电势的值,由于表达式中含有电流微分项,易引入噪声。
无论是直接反电势法还是间接反电势法,都只适合于电动机稳速运行。
当电动机速度有波动时所得的估计值误差较大。
美国通用电气(GE)公司采用了一种反电势积分法,它对开关噪声没那么敏感,而且可自动调节逆变器开关时刻以适应转子速度变化,
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