無刷直流電機(jī)相序測(cè)定的一種實(shí)用方法

1、無刷直流電機(jī)相序測(cè)定的一種實(shí)用方法無刷直流電機(jī)采納換向裝置代替了傳統(tǒng)直流電機(jī)的機(jī)械換向裝置，又具有與直流電機(jī)類似的機(jī)械特性，其磁鋼置于轉(zhuǎn)子上，通過不斷地變換定子繞組通電方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子采納了永磁體結(jié)構(gòu)，無刷直流電機(jī)具有體積小、分量輕、結(jié)構(gòu)容易的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)展，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。迅速有效地確定位置和繞組間的相序關(guān)系是實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)調(diào)速功能的關(guān)鍵。文獻(xiàn)介紹了無刷直流電機(jī)相序故障自復(fù)原的辦法，此種辦法相應(yīng)增強(qiáng)了軟件的復(fù)雜性。文獻(xiàn)介紹了一種非數(shù)字量輸出的位置傳感器相序測(cè)定辦法，但需要對(duì)各相舉行測(cè)量。文獻(xiàn)采納通電實(shí)驗(yàn)的辦法測(cè)定無刷直流電機(jī)的相序關(guān)系，但將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)

2、到某一固定狀態(tài)對(duì)于極對(duì)數(shù)較多的無刷直流電機(jī)相對(duì)困難，給兩相繞組通電的過程也需要注重繞組大小。本文通過對(duì)三相無刷直流電機(jī)傳感器位置、輸出信號(hào)與繞組電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系舉行分析，提出了一種測(cè)定其相序的有效辦法。2 無刷直流電機(jī)基本控制辦法無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼呈瓦片形，磁極與定子繞組間氣隙勻稱，氣隙磁場(chǎng)呈梯形分布。定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波。無刷直流電機(jī)定子繞組通常采納三相星形接法，需要應(yīng)用三相全橋控制，其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1所示。由v1v6六只功率管構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)全橋可以控制繞組的通電狀態(tài)。根據(jù)功率管的通電方式，可以分為兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通兩種控制方式。因?yàn)閮蓛蓪?dǎo)通方式提供了更大的電磁轉(zhuǎn)矩而被廣泛采納。在

3、兩兩導(dǎo)通方式下，每一眨眼有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔16周期即60°電角度換相一次，每只功率管持續(xù)導(dǎo)通120°電角度，對(duì)應(yīng)每相繞組持續(xù)導(dǎo)通120°，在此期間相電流方向保持不變。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，通常需要使繞組合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)保持垂直。因?yàn)椴杉{換相控制方式，其定子繞組產(chǎn)生的是跳變的磁場(chǎng)，使得該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的位置保持在60°120°相對(duì)垂直的范圍區(qū)間。功率管的換信任號(hào)需要從位置傳感器的狀態(tài)得出，換相時(shí)刻也就是的信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)刻。因此霍爾傳感器和三相繞組對(duì)應(yīng)關(guān)系確實(shí)定對(duì)于電機(jī)的正確運(yùn)行十分重要。3 相序測(cè)定的有用辦法3.1 位置傳感器安裝方式

4、位置傳感器在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中起著十分重要的作用。它用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，為開關(guān)電路提供正確的換信任息。無刷直流電機(jī)常用的位置傳感器是霍爾傳感器，霍爾元件數(shù)通常與繞組相數(shù)相等，轉(zhuǎn)子磁鋼作為霍爾元件的勵(lì)磁磁場(chǎng)磁極。為了產(chǎn)生正確的換向信號(hào)，霍爾傳感器安裝位置有一定要求，通常有120°安裝和60°安裝兩種方式，2所示。以霍爾傳感器安裝方式為120°為例，位置傳感器輸出波形、電機(jī)定子繞組通電電流和反電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系3所示。以位置傳感器的信號(hào)狀態(tài)區(qū)別，將無刷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分割為6個(gè)狀態(tài)。各功率管導(dǎo)通區(qū)間3所示。兩種位置傳感器安裝方式在本質(zhì)上是相同的，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中

5、，都將360°電角度分割為6種狀態(tài)，其中60°安裝方式可以認(rèn)為是將120°安裝時(shí)的一個(gè)霍爾元件反轉(zhuǎn)180°安裝，各元件換相時(shí)刻均相同。在換相控制中，將三個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)狀態(tài)的組合作為狀態(tài)控制變量，例如在圖3所示的第一個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)狀態(tài)控制變量為h1 h2 h3(101)。在不同安裝方式下各霍爾元件產(chǎn)生不一樣的狀態(tài)控制變量。在120°安裝下，3個(gè)位置傳感器信號(hào)組成的控制變量為001-110。60°安裝情況下，將浮現(xiàn)000和111的狀態(tài)變量，而缺失中間的兩個(gè)狀態(tài)，因而他們的換相控制表是有區(qū)分的。通過觀看霍爾傳感器是否浮現(xiàn)111和000

6、的狀態(tài)就可以判定霍爾傳感器是哪種安裝方式。3.2 相序測(cè)定辦法三相星形銜接的無刷直流電機(jī)，其繞組等效模型1所示。做如下假設(shè)，無刷電機(jī)三相徹低對(duì)稱，磁路不飽和，不計(jì)磁滯和渦流損耗。三相繞組的電壓平衡方程則如式(1)所示：其中ua，ub，uc為相電壓，e為各相繞組反電動(dòng)勢(shì)，i為流過各相繞組的電流，un為三相繞組中點(diǎn)電壓。l為三相繞組互感與自感的合成。在無刷電機(jī)三相繞組均為開路的狀況下，即ia=ib=ic=0，我們可以得到下面的結(jié)論。其中uba和uca為三相繞組的線電壓。從式(2)，式(3)中可以看到，在三相繞組開路的狀況下，上面的兩個(gè)量可以用反電動(dòng)勢(shì)表示。對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系，由圖3中做進(jìn)一步的

7、推導(dǎo)，可以得出4所示的相位關(guān)系。依據(jù)這一相位圖，可以清晰地辨別出各位置傳感器與各相繞組間的相位關(guān)系，三相繞組間的電位關(guān)系也可以判定，按照?qǐng)D4同樣可以測(cè)定三相繞組間的關(guān)系。對(duì)于60°安裝的位置傳感器可以根據(jù)上面的辦法得出類似的相位圖，用于測(cè)定相序。4 試驗(yàn)驗(yàn)證用法一臺(tái)無刷直流電機(jī)來驗(yàn)證前文提出的辦法。試驗(yàn)電機(jī)型號(hào)為：57bl-3030h1-ls-b。額定轉(zhuǎn)速為3 000 rpm，極對(duì)數(shù)為5，采納開關(guān)霍爾傳感器作為位置傳感器，位置傳感器為120°安裝方式。在試驗(yàn)中，首先確定任一繞組作為a相參考繞組，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，用測(cè)量另外兩相與a相間線電壓的相位關(guān)系，得到的線電壓波形5所示。對(duì)照?qǐng)D4，兩個(gè)線電壓波形的相位率先的則為uba，據(jù)此可以迅速確定b相和c相。然后以銘uba為參考相位，分離測(cè)量三個(gè)霍爾傳感器與uba的相位關(guān)系，其中一