摘要：提出了一種采用脈沖注入來(lái)檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子位置的方法�；诖朔椒ㄒ来蜗蚨ㄗ永@組注入一系列脈沖，通過(guò)脈沖電流的變化對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行估算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它不但具有較高的位置檢測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性低，又可以應(yīng)用到其它電機(jī)，如永磁同步電動(dòng)機(jī)等。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)；脈沖注入；實(shí)驗(yàn)
0 引 言
無(wú)刷直流電機(jī)(BLDcM)具有調(diào)速特性好、無(wú)換向火花、無(wú)無(wú)線電干擾、效率高、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置是無(wú)刷直流電機(jī)研究的重要課題。
轉(zhuǎn)子位置的不確定，將直接導(dǎo)致電機(jī)起動(dòng)失敗或短暫反轉(zhuǎn)。目前，無(wú)刷直流電機(jī)的起動(dòng)方法有硬件起動(dòng)和軟件起動(dòng)。硬件起動(dòng)方式的****缺點(diǎn)就是附加的起動(dòng)電路加大了電機(jī)的尺寸，而且對(duì)電機(jī)的可靠性也有所降低。軟件起動(dòng)方式中的預(yù)定位起動(dòng)需要先把轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)到某一特定位置，停止擺動(dòng)后再對(duì)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)-一-，由于轉(zhuǎn)子的慣性，會(huì)使驅(qū)動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)。本文提出一種在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法。永磁電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的不同，電機(jī)的磁場(chǎng)分布不同，對(duì)定子中各相電流的影響也不同，作者利用定子電流的變化，通過(guò)向定子中發(fā)送一系列電流脈沖，根據(jù)測(cè)量得到的電流峰值來(lái)判斷轉(zhuǎn)子位置。本文簡(jiǎn)要介紹了其工作原理，對(duì)在靜止?fàn)顟B(tài)下檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方法的可靠性和可行性。該方法不僅適用于無(wú)刷直流電機(jī)，對(duì)永磁同步電機(jī)以及其它永磁電機(jī)也有效，并且對(duì)電機(jī)的參數(shù)沒(méi)有特殊要求。
1基本原理
永磁電機(jī)的示意圖如圖l所示。
以A相為例，其內(nèi)部磁場(chǎng)((φA)由永磁體PM的磁場(chǎng)(φam)和定子電流磁場(chǎng)(φAi)疊加的而成，即：
φA=φAm+φAI (1)如果相電流再高一些，磁路將飽和，并且繞組的自感應(yīng)系數(shù)變小。如果改變電流的方向，則總磁通就變?yōu)椋?BR> φA=φAm-φAI 。 (2)這樣，磁通將退出飽和，繞組的自感應(yīng)系數(shù)將變高。正電壓脈沖作用，數(shù)字控制器通過(guò)電流 傳感器不斷對(duì)電流進(jìn)行A／D變換，當(dāng)檢測(cè)脈沖結(jié)束時(shí)，得到一個(gè)峰值電流，然后再發(fā)出一個(gè)負(fù)電壓脈沖，檢測(cè)得到負(fù)的相電流峰值。比較兩個(gè)被放大后的電流值，可以得到一個(gè)電流差：
△iA=iA1一iA2 (3)圖1狀態(tài)下各相的測(cè)試電流示意圖如圖2所示。
由于B、C兩相的位置相對(duì)于磁鐵中心軸對(duì)稱，所以它們的電流差應(yīng)該大小相等。由于A相此時(shí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁鐵剛好一致，正反電流所受到磁場(chǎng)的影響也是****的，產(chǎn)生的電流差理論上也是****的。
綜合分析所有三相的電流差，可以檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的位置。設(shè)電流差值隨轉(zhuǎn)子位置連續(xù)變化(設(shè)為正弦變化，如圖3所示)，根據(jù)它們的組合可以測(cè)定轉(zhuǎn)子的****位置。
2系統(tǒng)硬件
電路構(gòu)成本系統(tǒng)基于DSP320LF407A設(shè)計(jì)。如前所述，可按表1的順序給出電流脈沖。
如圖4所示，首先由PWM單元給VTl、Vt2VT6高電平，這樣檢測(cè)可得到的是某一相的正相電流，然后加反向電流使電流強(qiáng)制為O，再給V13、VT4、VT5高電平，得到這一相負(fù)電流，由式(4)得到電流差。同理，可以得到其它相的電流差。
本實(shí)驗(yàn)用到DST的兩個(gè)模塊。首先由事件管理模塊A(EVA)發(fā)出PWM信號(hào)，從電機(jī)出來(lái)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC：)，采到電流差值后，與已有值比較判斷轉(zhuǎn)子位置。
3實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)采用的是雅合全公司生產(chǎn)的70ZW]N24—30型號(hào)電機(jī)。它是一有內(nèi)部傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)子的精確位置可以由傳感器獲得，進(jìn)而可以和本實(shí)驗(yàn)所得值進(jìn)行比較。其參數(shù)如表2。
傳感器在電機(jī)各相上電流采樣時(shí)的增益和偏移誤差也是不同的。為了避免它帶來(lái)的問(wèn)題，在直流總線上安裝一個(gè)分流電阻(見(jiàn)圖4)。這樣就具有相同的增益誤差，并且沒(méi)有偏移誤差，得到的電流差更精確。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：6個(gè)晶閘管中的某個(gè)直流電路電流精確地等于相電流中的一個(gè)或它的相反值。根據(jù)表l，可以得到：
因此，在電路測(cè)量中可能出現(xiàn)的調(diào)整偏差不會(huì)對(duì)計(jì)算電流差的精度有影響。增益誤差對(duì)各相的電流差 都是一樣的，所以不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子的判斷造成影響。
為了能使AD轉(zhuǎn)換和PwM波形的正確同步，提高電流采樣的可靠性，PwM波形需要1μs的延時(shí)。
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖5顯示出了由上述方法得到的電流差。圖6為估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置誤差曲線。實(shí)驗(yàn)非常理想。結(jié)果表明，能夠得到足夠檢測(cè)到的電流差，有效地證明了所提出的方法的有效性�？梢员ＷC電機(jī)一直在安全狀態(tài)下起動(dòng)。
5結(jié)論
提出了一種利用脈沖注入來(lái)檢測(cè)在靜止?fàn)顟B(tài)下永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法。此方法利用磁鐵的位置不同而引起定子電流變化來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，能有效避免瞬時(shí)反轉(zhuǎn)或者起動(dòng)失敗，它不僅適用于無(wú)刷直流電機(jī)，還適用于永磁同步電機(jī)，并且不需要知道電機(jī)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明估算誤差在[一8+9]的電角度的范圍內(nèi)，因此可以使電機(jī)在安全狀態(tài)下起動(dòng)。由圖6可以看出估算誤差也是有一定規(guī)律的，要進(jìn)一步減小誤差，可以對(duì)程序的算法做進(jìn)一步改進(jìn)。
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