基于反電勢積分補償法的無刷直流電動機控制
李聲晉1，馬 暉2，盧 剛1，李曉明2
(1西北工業(yè)大學，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：針對元位置傳感器無刷直流電動機的控制要求，采用反電勢積分法來獲取轉(zhuǎn)子位置信號，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速進行相位補償，實現(xiàn)了電機的準確換相控制；采用升頻升壓法實現(xiàn)電機的起動和加速，最終切換為無位置傳感器無刷工作狀態(tài)。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)起動正常，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：反電勢積分；相位補償；升頻升壓；無刷直流電動機；無位置傳感器
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)06—0037—03
0引言
隨著無刷直流電動機的應(yīng)用日趨廣泛，系統(tǒng)對無刷直流電動機的成本和微型化、可靠性的要求也越來越高。無位置傳感器無刷直流電動機是近幾年來發(fā)展比較快的一種無刷直流電動機，它省去了轉(zhuǎn)子位置傳感器，適用于對成本、體積有要求或者工作環(huán)境惡劣的場合，在壓縮機、DVD、硬盤等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。
通過檢測反電勢信號來間接估算轉(zhuǎn)子位置信號是目前研究最多、應(yīng)用****泛的一種轉(zhuǎn)子位置檢測方法[4 ]。本文提出通過將電機繞組反電勢信號積分過零比較后獲得轉(zhuǎn)子位置信號，并采用升頻升壓法實現(xiàn)元刷直流電動機的外同步開環(huán)起動，成功地實現(xiàn)了無位置傳感器無刷直流電動機的控制。
1反電勢積分法原理
無刷直流電動機在任意時刻總有一相繞組不導通，這時候繞組的端電壓(從繞組端部到直流地之間)與相電壓(從繞組端部到中心點之間)就反映出該繞組的感應(yīng)電勢。因大部分無刷直流電動機都沒有中心點引出線，因此常用測量端電壓的方法，即在相電壓的基礎(chǔ)上再加上中心點對地的電壓[5]。以反電勢為梯形波的三相無刷直流電動機為例，定子繞組星形連接，設(shè)電機采用兩兩導通三相六狀態(tài)的工作方式，電機繞組的反電勢波形如圖1所示。
只要測量出三相端電壓，然后由軟件確定當前時刻的反電勢相，計算未導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通相的反電勢值，當該差值為零時即表明檢測到反電勢過零點，這就是反電勢過零檢測法[1]。圖1中的mx點即為反電動勢過零點，其中x=1，2，3，4，5，6。當測得反電勢過零點后，再延遲30。電角度就是真實的換相點，而每兩個換相時間相差60。電角度。所以，電機的換相時刻發(fā)生在反電勢過零點延遲30。+k×60。(k=0，1，2，…)電角度的地方。
當k=O時，反電勢過零法的延遲角****為30。電角度，當電機的轉(zhuǎn)速范圍較大時，由濾波電容造成的相位偏移有可能超過30。電角度，此時反電勢過零法無法直接實現(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，作為換相依據(jù)，這就是反電勢積分法。
圖2是本文所采用的反電勢積分過零比較電路。UA、UB、Uc是直流變頻電機的三相繞組反電勢輸入電壓，R1+R2、R3，+R4和R5+R6形成星形連接，其中點電壓可以看作是零電壓。R1與R2、R3與R4、R5與R6分別構(gòu)成了繞組反電勢信號的分壓電路，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相反電勢信號為例，經(jīng)過分壓后的反電勢信號通過由運算放大器和R7、R8、R9以及C4構(gòu)成的積分器，實現(xiàn)相移90。積分器輸出信號與零電壓進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附近的干擾信號所可能誘發(fā)的錯誤輸出信號。
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