基于反電勢(shì)積分補(bǔ)償法的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制

    李聲晉¹，馬  暉²，盧  剛¹，李曉明²

(1西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072；2．西安慶安制冷設(shè)備股份有限公司研究所，陜西西安710077)

    摘要：針對(duì)元位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制要求，采用反電勢(shì)積分法來獲取轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行相位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的準(zhǔn)確換相控制；采用升頻升壓法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起動(dòng)和加速，最終切換為無位置傳感器無刷工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)起動(dòng)正常，能夠在元位置傳感器狀況下正常工作，已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：反電勢(shì)積分；相位補(bǔ)償；升頻升壓；無刷直流電動(dòng)機(jī)；無位置傳感器

    中圖分類號(hào)：TM33  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1004—7018(2008)06—0037—03

0引言

    隨著無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛，系統(tǒng)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的成本和微型化、可靠性的要求也越來越高。無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)是近幾年來發(fā)展比較快的一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，它省去了轉(zhuǎn)子位置傳感器，適用于對(duì)成本、體積有要求或者工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，在壓縮機(jī)、DVD、硬盤等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用^[1-3]。

    通過檢測(cè)反電勢(shì)信號(hào)來間接估算轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是目前研究最多、應(yīng)用****泛的一種轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法^{[4 ]}。本文提出通過將電機(jī)繞組反電勢(shì)信號(hào)積分過零比較后獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并采用升頻升壓法實(shí)現(xiàn)元刷直流電動(dòng)機(jī)的外同步開環(huán)起動(dòng)，成功地實(shí)現(xiàn)了無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制。

1反電勢(shì)積分法原理

    無刷直流電動(dòng)機(jī)在任意時(shí)刻總有一相繞組不導(dǎo)通，這時(shí)候繞組的端電壓(從繞組端部到直流地之間)與相電壓(從繞組端部到中心點(diǎn)之間)就反映出該繞組的感應(yīng)電勢(shì)。因大部分無刷直流電動(dòng)機(jī)都沒有中心點(diǎn)引出線，因此常用測(cè)量端電壓的方法，即在相電壓的基礎(chǔ)上再加上中心點(diǎn)對(duì)地的電壓^[5]。以反電勢(shì)為梯形波的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)為例，定子繞組星形連接，設(shè)電機(jī)采用兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)的工作方式，電機(jī)繞組的反電勢(shì)波形如圖1所示。

    只要測(cè)量出三相端電壓，然后由軟件確定當(dāng)前時(shí)刻的反電勢(shì)相，計(jì)算未導(dǎo)通相端電壓與三相端電壓總和三分之一的差值即可得到未導(dǎo)通相的反電勢(shì)值，當(dāng)該差值為零時(shí)即表明檢測(cè)到反電勢(shì)過零點(diǎn)，這就是反電勢(shì)過零檢測(cè)法^[1]。圖1中的m_x點(diǎn)即為反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)，其中x=1，2，3，4，5，6。當(dāng)測(cè)得反電勢(shì)過零點(diǎn)后，再延遲30^。電角度就是真實(shí)的換相點(diǎn)，而每兩個(gè)換相時(shí)間相差60。電角度。所以，電機(jī)的換相時(shí)刻發(fā)生在反電勢(shì)過零點(diǎn)延遲30^。+k×60^。(k=0，1，2，…)電角度的地方。

   當(dāng)k=O時(shí)，反電勢(shì)過零法的延遲角****為30^。電角度，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍較大時(shí)，由濾波電容造成的相位偏移有可能超過30^。電角度，此時(shí)反電勢(shì)過零法無法直接實(shí)現(xiàn)換相。因此，取k=l采用相位延遲90^。電角度換相的方法。由于積分器正好滿足了電流超前電壓90^。電角度的要求，因此采用積分器來實(shí)現(xiàn)相位90^。電角度延遲功能。積分器的輸出再與零電壓比較后獲得方波輸出信號(hào)，作為換相依據(jù)，這就是反電勢(shì)積分法。

    圖2是本文所采用的反電勢(shì)積分過零比較電路。U_A、U_B、U_c是直流變頻電機(jī)的三相繞組反電勢(shì)輸入電壓，R₁+R₂、R₃，+R₄和R₅+R₆形成星形連接，其中點(diǎn)電壓可以看作是零電壓。R₁與R₂、R₃與R₄、R₅與R₆分別構(gòu)成了繞組反電勢(shì)信號(hào)的分壓電路，C₁、C₂和C₃并聯(lián)在分壓電阻的兩端，起到一定的濾波作用。以A相反電勢(shì)信號(hào)為例，經(jīng)過分壓后的反電勢(shì)信號(hào)通過由運(yùn)算放大器和R₇、R₈、R₉以及C₄構(gòu)成的積分器，實(shí)現(xiàn)相移90^。積分器輸出信號(hào)與零電壓進(jìn)行比較獲得的輸出就代表了轉(zhuǎn)子的位置換相信息。設(shè)置比較器工作在滯回比較的方式，利用滯回電壓差來消除過零點(diǎn)附近的干擾信號(hào)所可能誘發(fā)的錯(cuò)誤輸出信號(hào)。