无刷电机转子状态无位置传感器检测方法

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1、无刷电机转子状态无位置传感器检测方法　　摘要：使用位置传感器对无刷电机转子状态进行检测是BLDCM调速系统实现闭环控制的关键环节。传统方法采用位置传感器的位置检测方法，用这种方法常会遇到由于传感器维修复杂、霍尔原件温度特性差导致的单机稳定性下降等情况，而无位置传感器检测法可有有效地避免这种情况的发生，成为近年来研究的热点。介绍典型的无位置传感器的转子位置检测方法，并对其实际应用进行说明。关键词：无刷电机；无位置传感器；转子状态0引言在无刷直流电机的应用领域中，对成本的敏感度和微型化、可靠性的要求越来越高。转子位置检测器不仅增加了额外费用，而且增加了系统体积并降低了可靠性。

2、在有些特殊的领域中安装位置传感器往往是不现实的，这就需要采用无位置传感器的无刷直流电机。本文将就一种典型的无位置检测技术进行原理性地介绍和评估。1反电动势法检测5反电动势法在当今无刷电子转子状态的无位置传感器检测方法中最为常用，这种方法是根据无刷电机在运行时内部各相绕组反电动势信号来进行换相控制。目前常常采用反电动势过零检测法检测无刷电机各相绕组反电动势，此外还常用反向电动势积分法、续流二极管法两种。1.1反电势过零检测法原理概述1.1.1反电势过零检测法原理。反电动势过零检测法之所以常常被用于检测反电动势，一是因为这种方法发展已久、相关检测技术方法成熟，二是因为这种方法

3、易于实现。BLDCM系统中的各相绕组反电势是呈正负变换的梯形方波，当某相无刷电机内部绕组反电动势过零时，该相绕组轴线和转子直轴重合。当某相电动势换相过零点时并被检测到，只要延后30°的电角度即可求得该相反电动势的换相时间，具体如图1所示。但是在现实情况中，这种反电动势不是可以轻易获取到的，检测方法通常是首先利用采集到的BLDCM三相相电压，然后根据公式求出不导通相反电动势，该公式是不导通反电动势过零条件公式uk=（uA+uB+uC）/3，其中不导通相的反电动势用uk表示，三相端点电压用uA、uB、uC表示。1.1.25反电势过零检测法的缺点。反电势过零检测法由于是通过计算

4、获取的，属于将电动机中性点电压作为基准的一种间接检测方法，该方法是基于分压滤波端点电压的，这就致使采集到的反电动势过零点位置信息比实际的位置延后了一个电角度，频率不同、延后的电角度不同。当进行试验时必须要测出各种频率下的无刷电机各相绕组内部电动势换向过零点的延迟电角度，以用于后续工作中的相位补偿，假若延后的电角度大于了30°则会致使电机失步，这是反电势过零检测法的一个最大缺点，此外还有两点，一是这种检测方法在理论原理上就存在误差，实际情况就更是如此；二是无刷电动机低速运行或处于关闭状态时，内部绕组反电动势会很小或为零，这就直接导致了难以获取有效的转子状态信息。特别是大功率

5、的无刷直流电机误差会更大，这是由于电枢反应对气隙合成磁场的干扰导致反电动势过零点或感生电动势总和过零点不重合，从而使得获取的转子位置信息误差过大。1.1.3反电势过零检测法的改进策略在上一节中主要列出了反电动势过零点检测方法的缺点，为了解决上述缺点可以采用神经网络原理解决，根据神经网络的分线性任意逼近原理进行电机相位补偿。1）采用反电势过零点检测法采集到的具有实用性的反电动势信息；2）利用BP神经网络相关理论方法和实现技术进行误差补偿，消除相位误差，从而更好地控制直流无刷电机的转子无位置传感器。最新研究提出的一种补偿方法就是基于人工神经元网络进行永磁直流无刷电机反电动势预

6、测的，预测的结果直接用于直流无刷电机静态特性的补偿和仿真，这种方法更为接近现实运行状况，不必将电机绕组内部各相电动势设为理想的梯形方波或正弦波。比常规的路、场计算方式更为快速、准确、可靠，同时神经网络具备自学习功能，待成功学习之后就可直接用于永磁直流无刷电动机的反电势波形。51.2反电势积分法反电势积分法顾名思义就是利用不导通相的绕组反电势积分计算出转子位置数据的，反电势以开路相反电势为初始，针对换相时刻设置一个门限来阻截积分信号，当积分信号到达设置的这个门限值时即可认为反电势开始换相，然后开始计算。同样的，这种方法存在门限值设置问题，此外也存在一定的计算误差，尤其是在无

7、刷电机低速运行时，这种问题更为明显。1.3续流二极管法（又称第三相导通法）本文介绍的续流二极管法是由Ogasawara等人提出的，这种方法主要是基于逆变器中的6个续流二极管，运行时通过采集其非导通相续流二极管的运行状态信息间接地获取无刷直流电机的绕组内部各相反电势过零点时刻，也属于一种间接检测方法，在大范围上隶属于反电势零点检测法。但是与反电势零点检测法相比，大大地解决了无刷电机以往处于低速运行状态时信号难以获取的问题，使调速范围更宽，可达到45～2300r/min，但是由于采用了6个电路进行检测获取工作，导致硬件系统复杂，而