無刷直流電動機位置傳感器安裝位置
周灝，毛佳珍，李楠，潘龍飛
(天津航海儀器研究所，天津300131)
摘要：針對現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的基于霍爾效應(yīng)原理的磁敏式開關(guān)位置傳感器，以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)橋式控制電動機為例，推導(dǎo)了無刷直流電動機電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，在此基礎(chǔ)上說明了繞組****換相角度，確定了位置傳感器的理論安裝位置，特別指出了位置傳感器位置安裝差異對電動機效率的影響；然后分析了不同繞組下霍爾元件的****安裝位置；最后提出了無刷直流電動機霍爾元件安裝位置的確定方法。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；位置傳感器；霍爾元件；安裝位置
中圖分類號：tp36+l 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0090-03
o引 言
無刷直流電動機(bldc)各相繞組導(dǎo)通的順序和時間取決于位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置信息。位置傳感器必須準(zhǔn)確地測量轉(zhuǎn)子磁極位置，并將轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動電路所需的電信號，其信號直接影響著定子繞組的換相位置，也對電流、轉(zhuǎn)矩和效率產(chǎn)生直接影響。目前bldc使用的主流位置傳感器是基于霍爾效應(yīng)的磁敏式開關(guān)位置傳感器。本文以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)橋式控制bldc為例，推導(dǎo)了****換相角度，分析說明了霍爾元件的****安裝位置和確定方法。
1 bldc的電磁轉(zhuǎn)矩
為簡化分析和計算，在不影晌問題分析和結(jié)論的前提下，首先做如下假設(shè)：
①假定氣隙磁場沿氣隙按正弦分布。
②繞組通電時所產(chǎn)生的定子磁場對氣隙磁場的影響忽略不計；
③電動機采用電流反饋型pwm控制方式，繞組電流波形近似于矩形波，在繞組導(dǎo)通時間內(nèi)電流，近似為恒定值，因此假定，不隨氣隙磁場的變化而變化；
④假定各相繞組完全對稱，繞組互感和電氣時間常數(shù)忽略不計。
對于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制方式，每個狀態(tài)均為兩相繞組同時反向通電，兩相合成電磁轉(zhuǎn)矩為：
式中，l為導(dǎo)體有效長度；d為電框直徑，n為相繞組匝數(shù)。
若以a相繞組導(dǎo)通狀態(tài)為基準(zhǔn)，設(shè)其開通角為β。當(dāng)a相開始導(dǎo)通時，b相處于反向?qū)顟B(tài)，兩相繞組共同導(dǎo)通π/3電角度，即a、b兩相在電角度范同內(nèi)同時通電，根據(jù)式(1)可求出，此過程電機平均電磁轉(zhuǎn)矩為：
2霍爾元件的理論位置
2.1開通角β的確定
由式(2)可知，繞組開通角序的變化將影響電機平均電磁轉(zhuǎn)矩的大小。圖l給出了口在π／2之間變化時，電機合成電磁轉(zhuǎn)矩mp的變化情況�？梢姰�(dāng)開通角口為π/6電角度時電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩n，****。所以，電機繞組應(yīng)在該相繞組反電勢過零后π/6電角度的位置開始導(dǎo)通，并持續(xù)導(dǎo)通2π/3，其所產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩****。
2.2霍爾元件的理論安裝位置
根據(jù)上面的推導(dǎo)結(jié)果，當(dāng)開通角β為π/6電角度時平均電磁轉(zhuǎn)矩****，所以每相繞組的霍爾元件必須在該相繞組反電勢正負(fù)兩個過零點后π/6電角度的位置，給出令繞組正、反向?qū)ǖ目刂菩盘枴?/div>
圖2為霍爾元件與氣隙磁場的角度關(guān)系。以a相繞組為例，圖2(a)表明了a相繞組軸線與轉(zhuǎn)子直軸重合時，繞組反電勢為零，繞組軸線與轉(zhuǎn)子交軸相距π/2電角度：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過π/6電角度后，a相繞組應(yīng)開始導(dǎo)通，此時霍爾元件必須位子轉(zhuǎn)子交軸上，霍爾元件輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，才能給出正確的繞組導(dǎo)通信號。若霍爾位置傳感器與繞組軸線之間電角度為日，則如圖2(b)所示口應(yīng)等于：
3霍爾元件的實際安裝位置
前面推導(dǎo)出了霍爾元件應(yīng)在定子繞組上的理論位置。但在不 |
