鎮(zhèn)江市高等專科學校 電子信息系 薛 鋒

無位置傳感器無刷直流電動機（BLDCM）不直接檢測轉子磁極位置，與有刷電機相比，既減少了位置傳感器，又簡化了電動機本體結構。本文，筆者以某BLDCM控制系統(tǒng)設計為例，對無位置傳感器技術在該系統(tǒng)中的應用進行了分析，以期對同行有所參考。

一、無位置傳感器無刷直流電動機工作原理

無刷直流電動機特別適用于小型和輕載電氣設備的啟動，被廣泛應用于空調、洗衣機等電器設備中。無位置無刷直流電機通過在無刷直流電機上安裝霍爾元件、光電碼盤等裝置，直接檢測電機轉子的位置；或者通過檢測電機的磁鏈、電流和電壓等物理量，間接地獲得電機的轉子位置。由于不是直接檢測電機轉子的位置，因此被稱為無位置傳感器無刷直流電動機。

二、某BLDCM控制系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)采用單片機做主控芯片，無位置傳感器位置檢測電路模塊將檢測到的轉子位置信號處理后送入控制器，單片機根據(jù)靜止轉子的具體位置產生相應的PWM波，進而驅動三相逆變器電路工作，最終實現(xiàn)無刷直流電機的平穩(wěn)啟動，其中電流閉環(huán)用于輔助調節(jié)電機參數(shù)。系統(tǒng)總體設計如圖1所示。

三、無位置傳感器轉子位置檢測方法

常見的位置檢測方法有狀態(tài)觀測器法、反電動勢法、鎖相環(huán)技術法、第二相導通法、電感法、電流法和磁鏈估計法等，本文，筆者采用結構簡單、可靠性高的反電動勢過零檢測法。在無刷直流電動機中，繞組的反電動勢呈正負交替變化，反電動勢的大小取決于轉子直線是否與該相繞組軸線重合，因此只要精確檢測到各相反電動勢的過零點就可以判斷出轉子位置，從而控制電子換向開關的動作，實現(xiàn)無位置傳感器對BLDCM的控制。對于反電動勢為梯形波的無刷直流電動機來說，由于在任意時刻只有兩相導通，而另一相懸空，因此，可以檢測出懸空相的反電動勢，而懸空相反電動勢的過零點再延時 30°即為換流的關鍵時刻。無刷直流電動機定子繞組采用星形接法，其電樞繞組的反電動勢波形為梯形，為保證每個時刻有一相斷路，系統(tǒng)采用兩兩導通、三相六狀態(tài) PWM調制方式，每個時刻有2個功率管導通，每相繞組正反向分別導通 120°電角度。

四、系統(tǒng)主要硬件模塊電路設計

1.無傳感器位置檢測電路設計。三相逆變電路及過零檢測電路結構如圖2所示。

該電路結構可以忽略無刷直流電動機電樞反應的影響，這樣通過檢測未導通相的反電動勢過零點就可以獲取轉子的位置信號，并將此信號作為逆變橋功率器件的觸發(fā)信號，輪流觸發(fā)實現(xiàn)電機換相，驅動電機運轉。

2.PWM控制模塊電路設計。PWM控制模塊主要有AVR單片機及A/D轉換電路組成。無位置傳感器檢測電路輸出的信號，通過A/D轉換進入AVR單片機I/O口，由單片機反饋產生相應的PWM波形，作用于三相逆變電路。

3.軟件設計。系統(tǒng)軟件設計主流程圖如圖3示。

系統(tǒng)上電時，單片機判斷用戶是否要啟動電機，如果不啟動則整個系統(tǒng)處于待命狀態(tài)；如果啟動，首先初始化單片機硬件資源及外圍電路，判斷此時轉子位置，進而調整功率管的啟動順序，使電機平衡啟動，然后不斷查詢用戶的給定信號，進入調速狀態(tài)。如果有停止命令則關閉驅動電路。

在無刷直流電機調速系統(tǒng)中，轉子位置的檢測十分重要，由于測速裝置安裝位置、轉速和頻率的限制，傳統(tǒng)位置檢測電路已經(jīng)不能滿足要求。實踐證明，本文，筆者給出的無位置傳感器無刷直流控制系統(tǒng)設計方案，結構簡單，性能可靠，經(jīng)濟實用，具有一定的市場推廣價值。