周沙

摘 要 在無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的控制中，反電勢(shì)法主要是通過檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，但在電機(jī)靜止或者轉(zhuǎn)速很低時(shí)，不能準(zhǔn)確檢測(cè)出反電勢(shì)過零點(diǎn)，因此經(jīng)常采用三段式啟動(dòng)方法，本文詳細(xì)介紹了三段式啟動(dòng)技術(shù)的原理。

關(guān)鍵詞 無(wú)刷直流電機(jī) 反電勢(shì) 三段式

中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)是無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。一般采用轉(zhuǎn)子位置估算方法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)并用于換相。但是電機(jī)在起動(dòng)過程中由于可用于檢測(cè)的信號(hào)很微弱，采用常規(guī)的轉(zhuǎn)子位置估算方法無(wú)法確定轉(zhuǎn)子真實(shí)位置，因此對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的起動(dòng)必須采取特殊的方法。目前經(jīng)常采用的啟動(dòng)方法為“三段式”啟動(dòng)，一般來(lái)說，三段式啟動(dòng)包括定位、加速、切換三個(gè)過程。

1轉(zhuǎn)子預(yù)定位

電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，并不知道電機(jī)轉(zhuǎn)子所處的位置，轉(zhuǎn)子的位置決定逆變器功率管的通斷，因此無(wú)法確定首先導(dǎo)通哪兩相來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。電機(jī)零啟動(dòng)選用的方法一般是先選定電機(jī)任意兩相進(jìn)行通電，通電后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)合成磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子會(huì)在磁場(chǎng)的作用下向合成磁場(chǎng)的軸線方向旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子磁極與磁場(chǎng)軸線在同一個(gè)方向上。如圖1-1所示，若給電機(jī)A相和B相通電，則定子磁勢(shì)方向?yàn)镕1，假設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子處在圖中所示位置，則轉(zhuǎn)子磁勢(shì)方向?yàn)镕2，在合成磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

2外同步加速

轉(zhuǎn)子初始位置確定后，就可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置確定下一次換相應(yīng)該導(dǎo)通的功率管，由于反電勢(shì)過小無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，因此，需對(duì)電機(jī)進(jìn)行加速，此過程為開環(huán)過程。每次對(duì)電機(jī)進(jìn)行換相時(shí)，并不清楚轉(zhuǎn)子所處的位置，只是按照預(yù)先設(shè)置好的換相順序?qū)β使茌喠鲗?dǎo)通。電機(jī)在速度較低時(shí)，反電勢(shì)小，對(duì)應(yīng)的逆變器斬波占空比也小，當(dāng)速度逐漸增大時(shí)，逆變器的斬波占空比隨之也應(yīng)增大，這樣可以保證無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不會(huì)失步。由于是開環(huán)啟動(dòng)，換相時(shí)轉(zhuǎn)子具體位置未知，如果換相時(shí)轉(zhuǎn)子位置與應(yīng)換相位置相隔太遠(yuǎn)，可能引起反轉(zhuǎn)和振蕩導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，因此應(yīng)合理設(shè)置加速曲線和控制繞組施加電壓的大小，使電機(jī)每次換相時(shí)都接近最佳換相點(diǎn)，才能順利加速啟動(dòng)。合理的加速曲線設(shè)置應(yīng)該在每次換相后，電壓施加時(shí)間都比前一次少，而且在低速時(shí)，電機(jī)應(yīng)加速慢，到達(dá)預(yù)定位置前，速度逐漸變快。針對(duì)以上要求，所以本文設(shè)計(jì)的加速過程為：假設(shè)電機(jī)加速啟動(dòng)階段的總時(shí)間為T，電機(jī)輪流導(dǎo)通功率管器件，第一次換相后，功率管導(dǎo)通時(shí)間為aT，第二次換相后，功率管導(dǎo)通時(shí)間為a2T，第三次為a3T……。依此類推，同時(shí)不斷調(diào)整電壓頻率和PWM占空比，如果電機(jī)經(jīng)過N次換相能達(dá)到預(yù)定的頻率，即反電勢(shì)過零點(diǎn)可以準(zhǔn)確檢測(cè)，可以通過反電勢(shì)法來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置時(shí)，則電機(jī)開環(huán)加速結(jié)束，切換到閉環(huán)加速狀態(tài)。

3切換

當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)加速到達(dá)一定速度時(shí)，就可以通過檢測(cè)反電勢(shì)來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)在靜止或者低速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，逆變器通過選擇器選擇的是三段式啟動(dòng)方法控制。當(dāng)電機(jī)由靜止啟動(dòng)后，加速運(yùn)行到具有一定速度時(shí)，通過設(shè)定選擇器的閥值大小來(lái)決定是否切換。因此當(dāng)反電勢(shì)過零點(diǎn)能準(zhǔn)確檢測(cè)出時(shí)，系統(tǒng)切換到反電勢(shì)法控制。

三段式啟動(dòng)技術(shù)，彌補(bǔ)了電機(jī)靜止或者低速時(shí)線反電勢(shì)法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置不適用的情況，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制技術(shù)當(dāng)中。

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