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基于反电动势过零点检测法控制无刷直流电机的实现方法
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2017-10-24
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1 引言
无刷直流电机既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好的特性，因此在各行业中的应用日益广泛。无刷直流电机是一种特殊的永磁同步电机，传统的无刷直流电机大多数采用位置传感器确定转子位置，并据此控制驱动电路换相。由于位置传感器的存在，增加了电机体积和成本，降低了电机可靠性，限制了某些场合的应用。
本文给出一种基于反电动势过零点检测法控制无刷直流电机的实现方法，该方法所需硬件简单。软件功能强大。
2 无刷直流电机的结构
无刷直流电机由电机本体、转子位置检测电路以及电子开关电路3部分组成。其示意图如图1所示。
电子开关电路主要作用是控制电机本体定子各相绕组的通电顺序和时间，主要由功率管、驱动电路以及转子位置信号处理模块构成。转子位置检测电路主要作用是实时检测转子位置，为换相提供依据。电机本体由定子线圈绕组与永磁转子构成。电机本体结构如图2所示。
3 无刷直流电机工作原理
有刷直流电机通过电刷实现转子绕组的换相，产生旋转磁场，且定子磁场与转子磁场方向垂直，从而使转子旋转。无刷直流电机工作过程与此类似，不同之处在于通过电子开关电路控制定子换相，使定子绕组产生旋转磁场，使得永磁转子旋转。由此可见，无刷直流电机中，转子位置非常重要，否则不能准确控制换相时间，导致电机不能输出最大转矩，甚至不能运转。
4 反电动势过零点检测法
要实现无位置传感器无刷直流电机的控制，关键问题是如何获得转子的位置信息。由于永磁转子旋转产生旋转的磁场，定子绕组切割该磁场，感应出电动势，该电动势就是反电动势。反电动势过零点检测法是一种常用的方法，由无刷直流电机结构可知，反电动势过零点与转子位置有对应关系，通过对定子绕组上反电动势的检测得到过零点，就可以得到转子位置信息，由此控制换相。
以三相Y型连接，两两导通为例说明反电动势与换相的关系以及反电动势检测方法。电机主回路电路如图3所示。
转子以ω角速度运转时，各相产生的反电动势波形如图4所示，Ea、Eb、Ec分别为a、b、c相的反电动势。
当某一相的反电动势出现过零点后，再延迟30°电角度就是换相时刻。因此只要能检测到反电动势的过零点，根据当时的转速，延时转子转过30°的时间，控制图3中Q1至Q6的通断，就可实现换相。
无刷直流电机既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好的特性，因此在各行业中的应用日益广泛。无刷直流电机是一种特殊的永磁同步电机，传统的无刷直流电机大多数采用位置传感器确定转子位置，并据此控制驱动电路换相。由于位置传感器的存在，增加了电机体积和成本，降低了电机可靠性，限制了某些场合的应用。
本文给出一种基于反电动势过零点检测法控制无刷直流电机的实现方法，该方法所需硬件简单。软件功能强大。
2 无刷直流电机的结构
无刷直流电机由电机本体、转子位置检测电路以及电子开关电路3部分组成。其示意图如图1所示。
电子开关电路主要作用是控制电机本体定子各相绕组的通电顺序和时间，主要由功率管、驱动电路以及转子位置信号处理模块构成。转子位置检测电路主要作用是实时检测转子位置，为换相提供依据。电机本体由定子线圈绕组与永磁转子构成。电机本体结构如图2所示。
3 无刷直流电机工作原理
有刷直流电机通过电刷实现转子绕组的换相，产生旋转磁场，且定子磁场与转子磁场方向垂直，从而使转子旋转。无刷直流电机工作过程与此类似，不同之处在于通过电子开关电路控制定子换相，使定子绕组产生旋转磁场，使得永磁转子旋转。由此可见，无刷直流电机中，转子位置非常重要，否则不能准确控制换相时间，导致电机不能输出最大转矩，甚至不能运转。
4 反电动势过零点检测法
要实现无位置传感器无刷直流电机的控制，关键问题是如何获得转子的位置信息。由于永磁转子旋转产生旋转的磁场，定子绕组切割该磁场，感应出电动势，该电动势就是反电动势。反电动势过零点检测法是一种常用的方法，由无刷直流电机结构可知，反电动势过零点与转子位置有对应关系，通过对定子绕组上反电动势的检测得到过零点，就可以得到转子位置信息，由此控制换相。
以三相Y型连接，两两导通为例说明反电动势与换相的关系以及反电动势检测方法。电机主回路电路如图3所示。
转子以ω角速度运转时，各相产生的反电动势波形如图4所示，Ea、Eb、Ec分别为a、b、c相的反电动势。
当某一相的反电动势出现过零点后，再延迟30°电角度就是换相时刻。因此只要能检测到反电动势的过零点，根据当时的转速，延时转子转过30°的时间，控制图3中Q1至Q6的通断，就可实现换相。
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毛驴想飞
2021-05-21
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