控制的無(wú)刷直流電機(jī)換相信號(hào)檢測(cè)
薛曉明，樓樺
（常州信息技術(shù)學(xué)院，常州213164）
摘要：為了實(shí)現(xiàn)pwm-on-pwm調(diào)制方式控制的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)，在分析了該種調(diào)制方式控制的功率逆變器為橋式結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電機(jī)端電壓的基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)檢測(cè)線電壓差的過(guò)零點(diǎn)，移相30 度電角度獲得換相信號(hào)的方法，并以此得到了相應(yīng)的檢測(cè)電路。通過(guò)應(yīng)用該檢測(cè)電路搭建無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：提出的方法在寬速度范圍內(nèi)，特別是低速時(shí)都能準(zhǔn)確地檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的位置，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；換相信號(hào)；pwm-on—pwm調(diào)制；反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)；檢測(cè)
中國(guó)分類號(hào)：tm36 +1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)07-0088-04
o引 言
到目前為止，對(duì)于功率逆變器為橋式結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流電機(jī)而言，無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的pwm調(diào)制方式主要有半橋調(diào)制、全橋調(diào)制和pwm-on-pwm調(diào)制三種。半橋調(diào)制控制簡(jiǎn)單，但存在斷開相導(dǎo)通產(chǎn)生負(fù)向轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)象。全橋調(diào)制盡管斷開相不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流現(xiàn)象，但開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于半橋調(diào)制開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)，損耗較大。pwm-on-pwm調(diào)制又稱為30度調(diào)制，是近年來(lái)提出的無(wú)刷直流電機(jī)的****pwm調(diào)制方式，它能同時(shí)解決半橋調(diào)制斷開相導(dǎo)通的問(wèn)題與全橋調(diào)制開關(guān)損耗大的問(wèn)題[4-5]。
無(wú)論采用何種調(diào)制方式，無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行都必須依靠正確的換相信號(hào)控制繞組的電流與反電勢(shì)保持同步。傳統(tǒng)獲取換相信號(hào)的方法是采用位置傳感器直接測(cè)量，但位置傳感器增大了電機(jī)體積及生產(chǎn)工藝難度，不能適應(yīng)高溫、高濕、污濁空氣等惡劣的工作環(huán)境。因此，無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制成了研究的熱點(diǎn)，目前研究****泛的是通過(guò)檢測(cè)繞組反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，延遲30度電角度得到換相信號(hào)，但由于繞組反電勢(shì)無(wú)法直接檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出了許多通過(guò)端電壓直接或間接檢測(cè)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的方法[6-10]。本文在分析pwm-on-pwm調(diào)制方式一個(gè)換相區(qū)間端電壓的基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)檢測(cè)線電壓差的過(guò)零點(diǎn)來(lái)檢測(cè)pwm-on-pwm調(diào)制方式控制的無(wú)刷直流電機(jī)換相信號(hào)的方法，仿真波形和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法可以在很寬的速度范圍內(nèi)特別是較低速度下能準(zhǔn)確檢測(cè)到反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。
1線電壓差過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)原理
具有理想梯形波反電勢(shì)、方波電樞電流、三相繞組星形連接的無(wú)刷直流電機(jī)等效主電路如圖1所示，圖中sl、s3、s5為半橋逆變器的上管，s2、s4、s6為半橋逆變器的下管。
三相繞組反電勢(shì)、電樞電流和逆變器六個(gè)開關(guān)管pwm-on-pwm調(diào)制方式的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形如圖2所示。
從圖2中可以看出，每個(gè)60度換相區(qū)間，前30度和后30度逆變器的開關(guān)管處于上管pwm、下管恒通或上管恒通、下管pwm兩種狀態(tài)。下面以o~60度換相區(qū)間進(jìn)行分析，在此區(qū)間內(nèi)，a相和b相繞組通電，c相繞組斷開。為了分析的方便，假設(shè)：每一個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通壓降相等，記為vt；每一個(gè)續(xù)流二極管的正向壓降相等，記為vd。
(1)0度—30度，上管pwm、下管恒通
當(dāng)sl導(dǎo)通、s4導(dǎo)通時(shí)，等效電路如圖3(a)所示，有
由此可得
由式(4)~式(6)得
當(dāng)sl關(guān)斷、s4導(dǎo)通時(shí)，等效電路如圖3(b)所示，有
由(10)，(11),(12)得：
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