無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制關(guān)鍵問(wèn)題分析（二）

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制關(guān)鍵問(wèn)題分析（二）4.電機(jī)啟動(dòng)及過(guò)零點(diǎn)相移誤差分析

前面分析了電機(jī)換相點(diǎn)獲取的原理，很顯然，電機(jī)反電勢(shì)信號(hào)的幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，在啟動(dòng)階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢，反電勢(shì)幅值非常小，過(guò)零點(diǎn)鑒別困難，難以決定電機(jī)換相時(shí)刻，為電機(jī)啟動(dòng)帶來(lái)困難.為解決無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題，科技工作者提出了多種啟動(dòng)方式，主要有特定位置開(kāi)環(huán)啟動(dòng)法，任意位置開(kāi)環(huán)啟動(dòng)法等.

“三段式”啟動(dòng)法結(jié)合了預(yù)定位方式和斜坡升速驅(qū)動(dòng)方式，將電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程分為轉(zhuǎn)子預(yù)定位，外同步，自同步三個(gè)階段.啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)可靠.

在轉(zhuǎn)子預(yù)定位階段，先導(dǎo)通電機(jī)任意一相定子繞組，這分兩種情況，一種是定子合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F成非180°角度，一種是定子合成磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F成180°角度.種情況下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到其磁勢(shì)與定子合成磁勢(shì)重合的位置，如圖4中的第三幅.第二種情況下，電子轉(zhuǎn)子處在非穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)，任何擾動(dòng)都會(huì)破壞掉這種平衡，使電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到穩(wěn)定平衡點(diǎn).

兩種情況和終穩(wěn)定情況如圖4所示（假定預(yù)定位導(dǎo)通的是A.C兩相）.

當(dāng)轉(zhuǎn)子預(yù)定位成功后，三段式進(jìn)入外同步階段.此階段轉(zhuǎn)子位置難以辨明，電機(jī)處在開(kāi)環(huán)加速狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)結(jié)合電機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線和分析計(jì)算的結(jié)果，對(duì)換相時(shí)間合理安排，逐步加速.具體計(jì)算方法在資料中有詳細(xì)介紹，此處不贅述.

一般情況下當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速的10%-15%左右時(shí)，反電勢(shì)就會(huì)到達(dá)比較理想的地步，此時(shí)電機(jī)進(jìn)入閉環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置由反電勢(shì)測(cè)得，即進(jìn)入自同步階段，電機(jī)啟動(dòng)完成.值得注意的是，切換點(diǎn)要選擇在外同步信號(hào)與反電勢(shì)信號(hào)相位基本同步的時(shí)刻，以減小電機(jī)切換震蕩，如圖5所示.

在第三節(jié)中，分析了相移誤差的，假設(shè)低通濾波電路如圖6所示.

則應(yīng)該補(bǔ)償?shù)南辔徽`差為：

相延補(bǔ)償時(shí)，若φ≤30°，將換相點(diǎn)選擇在過(guò)零點(diǎn)之后30°-φ時(shí)刻，若φ>30°，將換相點(diǎn)選擇在90°-φ時(shí)刻.

5.方案MATLAB仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)以上的分析和比照，本文中轉(zhuǎn)子位置判定方法采用反電勢(shì)低通濾波器模擬中性點(diǎn)法，啟動(dòng)方法采用三段式啟動(dòng)法，并對(duì)低通濾波器相移誤差開(kāi)展補(bǔ)償.

MATLAB/SIMULINK仿真模型如圖7,電機(jī)參數(shù)為額定功率為200W.額定轉(zhuǎn)速為3000r/min.5對(duì)極.定子電阻Rs為1.5Ω.定子電感Ls為8.5e-3H.

電機(jī)仿真轉(zhuǎn)速曲線和反電勢(shì)波形如圖8所示.從圖中可看出速度響應(yīng)曲線良好.啟動(dòng)階段反電勢(shì)幅值較小，但電機(jī)三段式啟動(dòng)平穩(wěn)可靠，只有切換點(diǎn)出現(xiàn)了輕微震蕩.電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)采用TMS320F2812作為控制芯片，控制電機(jī)為東洋公司92BL-4015H1-LKB,額定功率400W,額定電壓220VAC,額定轉(zhuǎn)速1500rpm,額定轉(zhuǎn)矩2.5牛米，額定電流2A.

電機(jī)端電壓波形如圖9,模擬中性點(diǎn)和濾波后的反電勢(shì)波形如圖10所示.從圖9,10可以看出，一開(kāi)始反電勢(shì)完全被端電壓所淹沒(méi)，經(jīng)低通濾波器后，得到了理想的反電勢(shì)和模擬中性點(diǎn)波形，經(jīng)比較器后得出了非常理想的轉(zhuǎn)子位置信號(hào).

圖12為啟動(dòng)階段電機(jī)相電流波形，從圖中可以看出，三段式啟動(dòng)方案能很好的完成電機(jī)啟動(dòng)，波動(dòng)較小，啟動(dòng)迅速.

圖13為未對(duì)濾波器相移補(bǔ)償和對(duì)濾波器相移補(bǔ)償后的定子電流波形.從圖中可以看出，未補(bǔ)償時(shí)，相電流存在明顯的尖峰脈沖，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)必然較大，補(bǔ)償后，尖峰得到明顯抑制，波形顯著改善，能有效消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng).

綜上可以看出，反電勢(shì)低通濾波法結(jié)合相延補(bǔ)償，能的完成無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置