一種基于SPWM的無刷直流電動機驅(qū)動新方法
李穎，馬瑞卿，劉冠志，譚博（西北工業(yè)大學自動化學院，西安710072）
摘要：方波驅(qū)動的無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動較大，而傳統(tǒng)正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機雖然轉(zhuǎn)矩脈動小，但系統(tǒng)控制電路復雜，且需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器。針對具有Hall位置傳感器的正弦無刷直流電動機，提出了一種利用三相Hall位置信號，通過軟件算法生成六路正弦脈寬調(diào)制波來實現(xiàn)正弦波驅(qū)動無刷直流電動機的新方法。建模與仿真證明了該方法的在抑制轉(zhuǎn)矩脈動方面的有效性。
關鍵詞：正弦波驅(qū)動；無刷直流電動機；Hall位置信號；正弦脈寬調(diào)制
中圖分類號：TM36 +1；tT271+．4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848（2010】01-0042-04
0引 言
BLDCM的方波驅(qū)動以其相對簡單的控制電路、廉價的轉(zhuǎn)子位置傳感器，得到了廣泛應用。然而，方波驅(qū)動BLDCM，電樞磁場含有豐富的諧波分量，轉(zhuǎn)子磁鋼切割諧波分量，容易引起較大的轉(zhuǎn)矩脈動。正弦波驅(qū)動BLDCM具有轉(zhuǎn)矩波動小、可聞噪聲低、運行可靠等優(yōu)點。但傳統(tǒng)的正弦波驅(qū)動BLDCM需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器，如光學編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，來檢測轉(zhuǎn)子位置。這些傳感器不但價格昂貴，而且安裝調(diào)試復雜[1]。因此，研究開發(fā)較為經(jīng)濟的BLDCM正弦波驅(qū)動技術值得關注，用合理可行的方法來取代價格不菲的
光學編碼器值得關注[2]。
針對具有Hall位置傳感器的正弦波BLDCM，提出了一種利用三相Hall位置信號提取正弦波的周期、幅值信與，并根據(jù)不規(guī)則采樣法數(shù)學模型，采用軟件查表與實時計算相結(jié)合的方法生成三相SPWM波，再利用一定的換相邏輯輸出六路SPWM信號，進行BLDCM的正弦波驅(qū)動，可有效減小轉(zhuǎn)矩脈動，實現(xiàn)低成本平穩(wěn)運行。
1 正弦波生成原理
正弦波驅(qū)動方法的工作原理如圖1。外部電位計用于期望轉(zhuǎn)速給定，通過單片機輸入捕獲通道的Hall位置信號實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置角度的區(qū)間檢測和轉(zhuǎn)速計算，再用生成的六路SPWM信號控制三相橋式逆變器六只功率管的通斷，進而可驅(qū)動BLD-CM運行于正弦狀態(tài)。
1.1正弦波周期、幅值、相位信號的計算
要實現(xiàn)正弦波驅(qū)動BLDCM，首先要提取正弦波的兩個關鍵信號：周期和幅值。由于BLDCM的相電壓與Hall位置信號同周期，因而正弦波周期信號可通過單片機測量輸入捕獲通道的A相Hall位置傳感器信號相鄰兩個上下跳變沿時刻，并進行數(shù)據(jù)處理得到，如圖2所示。
由于 T= △t =t2 -t1 (1)式中，T正弦波周期的半值(s)；t1下跳變沿時刻(s)；t2上跳變沿時刻(s)。
按照公式(1)，可利用A相Hall位置信號對其半周期值進行實時測量，為了保證計數(shù)器不會溢出，在每個T開始時需要將定時器清零。
由于正弦調(diào)制波幅值的改變可使得正弦調(diào)制波和三角載波的交點也相應改變，從而使SPWM波的占空比改變，進而改變了逆變器輸出電壓。因而用正弦波的幅值變量可設囂電機電流或轉(zhuǎn)矩的大小，而轉(zhuǎn)矩的變化對應轉(zhuǎn)速的變化，因此，可以通過速度環(huán)對正弦波幅值進行調(diào)控。
當電機運行時，由電位計給定的轉(zhuǎn)速nref經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，將得到的有符號小數(shù)存放到于變量Reference - speed中。而測量轉(zhuǎn)速可以下式計算
獲得：
式中，fM為正弦波頻率(Hz)。
由此
式中，nM測量轉(zhuǎn)速(r/min)；p電機極對數(shù)。
用給定轉(zhuǎn)速n ref的****值減擊測量轉(zhuǎn)速n< |
