摘 要：無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中采用電子換相，換相邏輯信號(hào)通常取決于位置傳感器信號(hào)。針對(duì)無刷直流電機(jī)位置傳感器的相序測(cè)定方法進(jìn)行了研究，分析了無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特征，闡述了無刷直流電機(jī)的控制方法，提出了一種測(cè)定無刷直流電機(jī)相序的有效方法。通過理論分析了該方法的可行性，實(shí)驗(yàn)證明此方法可以快速有效地確定無刷直流電機(jī)的相序關(guān)系。

關(guān)鍵詞：位置傳感器；相序；無刷直流電機(jī)；反電動(dòng)勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1711703

Practical Method of Determining Phase-sequence of Brushless DC Motor

XU Jiaqun，ZONG Lizhi，DUAN Jianmin，ZHAO Ya

(College of Electronic Information and Control Engineering，Beijing University of Technology，Beijing，100022，China)

Abstract：The control system of Brushless DC Motor(BDCM) adopt electron exchange phase logic.It is dependent on the signal of position sensors.The method of determining phase-sequence of the BLDC motor is discussed.The operating principle and structures of BDCM are analyzed firstly.Then the control method is illustrated，and a practical method of determining phase-sequence of BDCM is introduced at the same time.Based on the theoretical analysis and the experimental result，it is shown that phase sequence of BDCM can be determined fast and effectively with the method.

Keywords：position sensor;phase-sequence;brushless DC motor;back-EMF

1 引 言

無刷直流電機(jī)采用電子換向裝置代替了傳統(tǒng)直流電機(jī)的機(jī)械換向裝置，又具有與直流電機(jī)類似的機(jī)械特性，其磁鋼置于轉(zhuǎn)子上，通過不斷地變換定子繞組通電方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)子采用了永磁體結(jié)構(gòu)，無刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛?？焖儆行У卮_定位置傳感器和繞組間的相序關(guān)系是實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)調(diào)速功能的關(guān)鍵。

文獻(xiàn)［1］介紹了無刷直流電機(jī)相序故障自恢復(fù)的方法，此種方法相應(yīng)增加了軟件的復(fù)雜性。文獻(xiàn)［2］介紹了一種非數(shù)字量輸出的位置傳感器相序測(cè)定方法，但需要對(duì)各相電壓進(jìn)行測(cè)量。文獻(xiàn)［3］采用通電試驗(yàn)的方法測(cè)定無刷直流電機(jī)的相序關(guān)系，但將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到某一固定狀態(tài)對(duì)于極對(duì)數(shù)較多的無刷直流電機(jī)相對(duì)困難，給兩相繞組通電的過程也需要注意繞組電流大小。

本文通過對(duì)三相無刷直流電機(jī)傳感器位置、輸出信號(hào)與繞組電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系進(jìn)行分析，提出了一種測(cè)定其相序的有效方法。

2 無刷直流電機(jī)基本控制方法

無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼呈瓦片形，磁極與定子繞組間氣隙均勻，氣隙磁場(chǎng)呈梯形分布

［4］ 。定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波。

無刷直流電機(jī)定子繞組通常采用三相星形接法，需要應(yīng)用三相全橋控制電路，其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由V1~V6六只功率管構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)全橋可以控制繞組的通電狀態(tài)。按照功率管的通電方式，可以分為兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通兩種控制方式。由于兩兩導(dǎo)通方式提供了更大的電磁轉(zhuǎn)矩而被廣泛采用^［1］。在兩兩導(dǎo)通方式下，每一瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期即60°電角度換相一次，每只功率管持續(xù)導(dǎo)通120°電角度，對(duì)應(yīng)每相繞組持續(xù)導(dǎo)通120°，在此期間相電流方向保持不變。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，通常需要使繞組合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)保持垂直。由于采用換相控制方式，其定子繞組產(chǎn)生的是跳變的磁場(chǎng)，使得該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的位置保持在60°~120°相對(duì)垂直的范圍區(qū)間。

功率管的換相信號(hào)需要從位置傳感器的狀態(tài)得出，換相時(shí)刻也就是霍爾傳感器的信號(hào)狀態(tài)改變的時(shí)刻。因此霍爾傳感器和三相繞組對(duì)應(yīng)關(guān)系的確定對(duì)于電機(jī)的正確運(yùn)行非常重要。

3 相序測(cè)定的實(shí)用方法

3.1 位置傳感器安裝方式

位置傳感器在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。它用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，為開關(guān)電路提供正確的換相信息。

無刷直流電機(jī)常用的位置傳感器是霍爾傳感器，霍爾元件數(shù)通常與繞組相數(shù)相等，轉(zhuǎn)子磁鋼作為霍爾元件的勵(lì)磁磁場(chǎng)磁極^［5］。

為了產(chǎn)生正確的換向信號(hào)，霍爾傳感器安裝位置有一定要求，通常有120°安裝和60°安裝兩種方式，如圖2所示。

圖2 霍爾傳感器安裝位置示意圖以霍爾傳感器安裝方式為120°為例，位置傳感器輸出波形、電機(jī)定子繞組通電電流和反電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系如圖3所示。

以位置傳感器的信號(hào)狀態(tài)區(qū)分，將無刷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分割為6個(gè)狀態(tài)。各功率管導(dǎo)通區(qū)間如圖3所示。

兩種位置傳感器安裝方式在本質(zhì)上是相同的，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，都將360°電角度分割為6種狀態(tài)，其中60°安裝方式可以認(rèn)為是將120°安裝時(shí)的一個(gè)霍爾元件反轉(zhuǎn)180°安裝，各元件換相時(shí)刻均相同。在換相控制中，將三個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)狀態(tài)的組合作為狀態(tài)控制變量，例如在圖3所示的第一個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)狀態(tài)控制變量為H1 H2 H3 (101)。在不同安裝方式下各霍爾元件產(chǎn)生不一樣的狀態(tài)控制變量。在120°安裝下，3個(gè)位置傳感器信號(hào)組成的控制變量為001-110。60°安裝狀況下，將出現(xiàn)000和111的狀態(tài)變量，而缺失中間的兩個(gè)狀態(tài)，因而他們的換相控制表是有區(qū)別的。通過觀察霍爾傳感器是否出現(xiàn)111和000的狀態(tài)就可以判定霍爾傳感器是哪種安裝方式。

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