無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)研究
李春菊,彭磊,謝衛(wèi)才
(湖南工程學(xué)院,湖南湘潭411101)
摘要:提出一種估計(jì)內(nèi)嵌式永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)轉(zhuǎn)子位置的新方法。該估計(jì)方法的原理是基于由于定子磁飽和使得磁軸中無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電流發(fā)生變化,其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子初始位置的****估算誤差為6o,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩顯著增加。仿真結(jié)果表明了該方法的有效性。
0引 言
目前無(wú)傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)多采用反電勢(shì)法,然而在電機(jī)靜止或轉(zhuǎn)速很低時(shí),很難通過(guò)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)得到正確的位置信號(hào),這就不可能或很難估計(jì)轉(zhuǎn)子位置,使電機(jī)起動(dòng)困難,且嚴(yán)重影響了電機(jī)的調(diào)速范圍。因此,如何克服反電動(dòng)勢(shì)法中電機(jī)起動(dòng)困難,以及如何擴(kuò)大電機(jī)調(diào)整范圍就成為十分重要的課題。而這些問(wèn)題歸根結(jié)底是要研究在無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中如何更精確地檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。電機(jī)靜止時(shí)估計(jì)轉(zhuǎn)子初始位置的一種比較常用的方法是定子鐵心的飽和效應(yīng),即在電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極北極與定子繞組軸對(duì)應(yīng)處,定子繞組電感值最小,通過(guò)施加電壓矢量作用于電機(jī)的定子繞組來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置,以電感值最小處所對(duì)應(yīng)的電壓矢量為d軸。文獻(xiàn)[3]提出了一種新的方法,該方法轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的****誤差為±15o。本文提出的方法使轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的****誤差為6o,與文獻(xiàn)[3]的方法相比,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩明顯增大。
1轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)原理
轉(zhuǎn)子位置估計(jì)是基于定子鐵心的非線性磁化特性,即當(dāng)定子繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)反向時(shí),磁路飽和程度下降,磁阻下降,電感加大,定子電流減少;反之,磁阻增大,電感變小,定子電流增大。圖l為電壓源逆變器在d-q平面的8個(gè)電壓空間矢量,通過(guò)施加電壓空間矢量和測(cè)量相應(yīng)的定子電流,就可以估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在靜止時(shí)的等效電路如圖2所示。圖3為隨轉(zhuǎn)子位置θ變化的定子電感。電感在轉(zhuǎn)子d軸時(shí)最小q軸****,因此,可使用電機(jī)磁飽和所產(chǎn)生的這個(gè)現(xiàn)象來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子初始位置。
2轉(zhuǎn)子位置估計(jì)
本文中轉(zhuǎn)子位置估計(jì)分兩個(gè)階段。第一階段,采用30。分解法估計(jì)轉(zhuǎn)子位置,其****位置估計(jì)誤差為±15o,第二階段是本文所提出的采用一個(gè)簡(jiǎn)單的新方程來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。
第一階段分i個(gè)步驟:
(1)如圖4a所示,將兩個(gè)方向相反的電壓矢量v1、v4相隔時(shí)間ts先后施加到電機(jī)上,對(duì)應(yīng)每個(gè)電壓矢量測(cè)量出的直流母線采樣電流分別存儲(chǔ)為,i1和i4,如果i1大于i4,則表明磁極北極比較靠近電壓矢量v1,這樣磁極北極就處在圖4a陰影部分區(qū)域,則用180o分解度可估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。
(2)位于圖4a陰影部分區(qū)域的另兩個(gè)電壓矢量v2、v6在同一時(shí)期內(nèi)交替使用,其對(duì)應(yīng)的直流母線采樣電流分別為i2和i6,則轉(zhuǎn)子位置或d軸比較接近直流母線采樣電流較大的電壓矢量。例如,如果電流i1大于i2和i6,則轉(zhuǎn)子d軸位于圖4b陰影部分區(qū)域。
(3)如果電流i2大于i6,則可斷定轉(zhuǎn)子d軸位于圖4c陰影部分區(qū)域,反之,則轉(zhuǎn)子d軸位于圖4d
陰影部分區(qū)域。
在第二階段中,為了精確地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置,采用第一階段測(cè)量的電流,如果假定轉(zhuǎn)子位置是在圖4c所示的區(qū)域,則使用的測(cè)量電流為i1、i2和i6,這些電流在0o~30o轉(zhuǎn)子位置的仿真結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明,隨著轉(zhuǎn)子位置的增加,i1和i6減少,而i2增加,電流差i1-i2、i2-i6和i1-i6對(duì)轉(zhuǎn)子位置的仿真結(jié)果如圖6所示。假定i1-i2、i2-i6和i1-i6的線性近似值如圖7所示,則轉(zhuǎn)子位置θ的估計(jì)值為:
用式(1)可更精確地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置.
轉(zhuǎn)子位置θ估計(jì)值的仿真結(jié)果和估計(jì)誤差eθ分別如圖8和圖9所示。圖9表明用式(1)可將****估計(jì)誤差減小到6o,程序流程圖如圖l0所示。
3起動(dòng)方法
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在靜止和起動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為:
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