基于線電壓的無刷直流電動機無位置傳感器換相方法
薛曉明，錢馳波
(常州信息學院，江蘇常州213164)
摘要：提出了一種無需構建電機中性點，無需移相，只要對瞬時檢測的三相端電壓進行簡單濾波比較后，就能直接得到與霍爾傳感器輸出一樣的換相信號的新方法，詳細分析了該方法的工作原理。理論分析和實驗結果表明，該方法與常規(guī)的檢測方法相比在較寬的轉速范圍內(nèi)具有良好的性能。
關鍵詞：無刷直流電動機；濾波的線電壓；換相檢測：相移電路
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)07—0020—03
0引 言
無刷直流電動機具有結構簡單、重量輕、維護少、效率高和控制方便等一系列優(yōu)點，在辦公自動化、計算機外圍設備、儀器儀表和家用電器等領域獲得了廣泛的應用。在變頻空調(diào)壓縮機這類密封設備中，由于壓縮機內(nèi)部的高溫和制冷劑的強腐蝕性，常規(guī)的位置傳感器不能正常工作，因此無刷直流電動機的無位置傳感器控制成了目前研究的熱點，其中如何簡單準確地檢測無刷直流電動機的轉子位置信號是實現(xiàn)無位置傳感器控制的關鍵，很多學者對此進行了研究[1]。
在各類方法中，反電動勢過零點檢測方法原理簡單，實現(xiàn)容易，是目前應用最多的轉子位置信號檢測方法。文獻[2]通過檢測斷開相繞組端電壓來問接獲得反電勢過零點，但需要構造一個虛擬的電機中性點，會產(chǎn)生大量的開關噪聲，導致實際檢測信號與反電勢過零點有很大的相移。文獻[3—5]提出了不需要構造一個虛擬的電機中性點，通過檢測斷開相繞組端電壓直接獲得反電勢過零點的改進方法。但是，上述方法在檢測到反電勢過零點后都需要采用結構復雜、成本較高的模擬或數(shù)字電路進行相移，才能得到正確的換相時刻，不能使用霍爾傳感器所采用的成本低廉的轉子位置譯碼芯片。為了解決上述問題，本文提出對檢測的端電壓進行簡單的RC低通濾波和比較后，得到平均線電壓的過零點正好對應相應繞組的換相時刻，無需相移，與采用霍爾檢測器傳感器的信號完全一致，可使用與霍爾傳感器配套的譯碼芯片，且成本低廉，具有很強的實用性。
1 位置檢測原理
具有理想梯形波反電勢和方波電樞電流的無刷直流電動機采用三相逆變器供電，每相繞組通電120°電角度，電路如圖1所示。為了調(diào)節(jié)元刷直流
電動機的轉速，從節(jié)約成本的角度，通常采用上管PWM，下管恒通的控制方式。反電勢、電樞電流、換相信號和開關管控制信號如圖2所示。
在一個360°電角度周期內(nèi)，每相有六個區(qū)間，每個區(qū)間的等效電路如圖3所示，假設MOs管和續(xù)流二極管的導通電壓為零，以A相為例，每個區(qū)間的端電壓表達式如下：
區(qū)間1和2(θ=30°～90°和θ=90°～150°)
在S1導通，S4或S6導通時：
從上述推導的端電壓表達式可以發(fā)現(xiàn)，每個區(qū)間的瞬時端電壓波形是PWM調(diào)制波。如圖4所示。設調(diào)制波的占空比為D，經(jīng)過簡單RC低通濾波后，端電壓變成了平滑的波形，梯形波、正弦波反電勢各個區(qū)間平均端電壓的表達式如下：
圖4為測量的A相瞬時端電壓和相應的開關信號。根據(jù)式(16)～式(19)，同理，可得到其它兩相瞬時端電壓經(jīng)過簡單RC低通濾波后的表達式，將各相的濾波后的端電壓相互相減得到平均線電壓，六個區(qū)間濾波后的端電壓和線電壓表達式如表1所示。
根據(jù)表1濾波后的端電壓和線電壓表達式繪制出它們的波形，為了對比，同時將反電勢波形也繪在圖中，如圖5所示。
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