用于無(wú)刷電機旋轉測量的無(wú)傳感器型控制

引言

在家用電器、供暖、通風(fēng)、空調)和汽車(chē)應用中，DC無(wú)刷電機及其驅動(dòng)器的使用率越來(lái)越高。造成這種現象的原因是其所擁有的高效、可靠、緊湊、低維護等級以及低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，而這些都將轉化為成本的節省。

家用電器常常運用傳統技術(shù)，比如帶有起動(dòng)電容的AC磁阻單相電機和通用式電機。所有這些解決方案采用AC供電方式，工作速度都是恒定不變的，而且并未關(guān)注效率。

如今，客戶(hù)所提出的要求越來(lái)越多，他們渴望擁有改良型功率分配方案、更加優(yōu)越的性能以及更低的噪聲電平：傳統技術(shù)的局限性正日益凸顯出來(lái)。

同時(shí)，市場(chǎng)競爭對能量-效率比提出了新的更高要求，用戶(hù)在挑選家用電器時(shí)，除了產(chǎn)品的價(jià)格之外，還會(huì )對其能耗等級和噪聲電平等特征加以比較。

圖1 永磁轉子和定子

基本原理

無(wú)刷DC電機的工作原理非常簡(jiǎn)單。這種電機基于一個(gè)裝有永久磁鐵的轉子和一個(gè)安裝了三個(gè)相距120°的繞組的定子。三相逆變器按正確的順序來(lái)驅動(dòng)繞組，并生成一個(gè)用于對轉子進(jìn)行“磁推動(dòng)”旋轉磁場(chǎng)。逆變器根據轉子的位置在繞組的6個(gè)不同的時(shí)間段里發(fā)生極化。轉子的位置可采用位置傳感器或機械式開(kāi)關(guān)以不同的方式讀出，也可以采用由轉子位置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)估計。后一種方法被稱(chēng)為“反向EMF”。

顯然，虛擬傳感器具有多項優(yōu)點(diǎn)，即：免除了相關(guān)的費用，而且，與霍爾效應傳感器截然不同是，它不會(huì )破損。這就意味著(zhù)可靠性和效率的提高以及重量和體積的減小。

但是，這種無(wú)傳感器型解決方案需要進(jìn)行更加復雜的處理，以精確估測 轉子的位置，或對繞組的6個(gè)起動(dòng)相位進(jìn)行正確的驅動(dòng)。

在每一轉的6相中，每次只對兩個(gè)繞組進(jìn)行供電。第三個(gè)繞組(也是唯一未被施加偏壓的繞組)正是允許讀出由轉子旋轉所產(chǎn)生的電壓以及其位置的繞組。

控制完全依賴(lài)于使定子的驅動(dòng)相位與讀出操作之間保持一個(gè)規定的恒定距離(用角度來(lái)表示)。