無位置檢測器無刷直流電機自尋****點切換法
郝曉輝 (清華大學北京100084)
劉昌旭 （西北工業(yè)大學）
【摘 要】提出一種新穎的自尋****點切換法，解決了反電勢換向運行的無位置檢測器無刷直流電機控制中存在的由起動段外同步運行到反電勢換向自同步運行的切換過程容易失步的問題。成功地把它運用于研制的樣機中。
【敘 詞】／自尋****點切換法／無位置檢測器無刷直流電動機／切換
1 引 言
反電勢換向運行的無刷直流電機近年發(fā)展很快，在許多方面獲得了廣泛的應用。此類電機運行控制中一直存在一個不易解決的問題，它產(chǎn)生于這種電機固有的運行過程。
對于反電勢換向運行的電機，它是依據(jù)定子繞組中的感應電勢與轉(zhuǎn)子位置有確定關系這一原理工作的[1]。感應電勢的幅值與電機轉(zhuǎn)速成正比。當電機靜止或轉(zhuǎn)速較低時，反電勢為零或較弱，無法被檢測出用以確定轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，也就不能用于反電勢換流。這時就需要人為地給電機施加由低頻到高頻不斷加速的外同步切換信號，使電機以外同步方式由靜止逐步加速轉(zhuǎn)動。
當電機反電動勢隨著轉(zhuǎn)速的升高達到一定值時，通過端電壓檢測已經(jīng)能夠確知電機轉(zhuǎn)子的位置。這時即通過計算機將電機由外同步運行方式轉(zhuǎn)換為無刷電機的自同步運行萬式。
電機由外同步變頻加速運行方式到自同步運行方式間有一轉(zhuǎn)換過程。國內(nèi)這種電機一般以一變頻振蕩器產(chǎn)生變頻加速同步切換脈沖，以定時控制電路控制電機從外同步運行狀態(tài)切換到自同步開環(huán)或閉環(huán)運行狀態(tài)。也就是說其切換方式都是當電機轉(zhuǎn)速達到某一速度時由硬件電路關斷外同步信號，立即轉(zhuǎn)入反電動勢控制運行階段。如文獻2、3中的電機都是采用這種方式進行切換。
然而，當反電勢控制的換向信號與計算機產(chǎn)生的外同步驅(qū)動信號間相位相差過大時，這一切換過程就會出現(xiàn)問題，導致電機失步，進而停轉(zhuǎn)。目前國內(nèi)采用的解決辦法有二：
(1)通過多次調(diào)試確定電機****切換速度。
(2)由于許多被控電機轉(zhuǎn)動慣量較大，故一二次失步影響不大，其慣性使電機仍可以順利運行下去。
這些解決辦法不能夠確切地掌握外同步到自同步的切換點，都屬粗放性控制方法。即使能避免失步，也必然會導致切換時電機轉(zhuǎn)矩很小，易受干擾。并且這種方法需要多次測量，會帶來繁重的工作量。
2 自尋****點切換法
2.1方法引入
針對反電勢換向運行的無位置檢測器無刷直流電機中存在的這一問題，為了使電機切換時不致因外同步信號與自同步信號間相位相差過大而導致失步現(xiàn)象發(fā)生；確保切換瞬間轉(zhuǎn)矩不致過小而難以抗負載擾動；盡量減少調(diào)試工作量；提出一種獨特的自尋****點切換法。
這一方法的應用基礎是電機運行過程應全部由軟件控制。筆者研制了一臺用于醫(yī)療牙鉆的無位置檢測器無刷直流電機系統(tǒng)。該系統(tǒng)以8098單片機為核心，輔以必要的電機功率驅(qū)動、反電勢檢測、過流保護等電路，以******的硬件完成了該電機全部性能指標要求。電機所有運行過程的控制均由軟件完成。起動道程中外同步變頻加速信號由計算機根據(jù)一延時表格提供，反電勢自同步運行過程中，整形后的反電勢過零信號的讀入、處理及反電勢換向信號的產(chǎn)生和輸出由計算機按一定的算法實現(xiàn)。在全數(shù)字控制的基礎上，成功地實現(xiàn)了自尋****點切換方法，保證了電機切換過程的順利完成，經(jīng)千次以上實驗驗證，從未出現(xiàn)失步現(xiàn)象。
2.2反電勢換向的實現(xiàn)
反電勢控制的換向信號產(chǎn)生原理：研制的系統(tǒng)中電機功率較小，故采用一相導通星形三相三狀態(tài)的半橋驅(qū)動方式。反電勢信號由三相繞組端部取出，經(jīng)分壓、濾波、整形、隔離后送給8098單片機。8098根據(jù)反電勢過零信號延遲30。對應的上跳沿決定三相導通后，立即將三相繞組開通信號送出，經(jīng)驅(qū)動電路控制相應繞組饋電，從而實現(xiàn)反電勢換向。三相反電勢信號與對應的繞通信號間關系如圖1所示。
對于單相，繞組工作波形見圖2。
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