無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機的換相方式研究

摘要：在介紹傳統無(wú)位置傳感器反電動(dòng)勢檢測方法的基礎上，采用了恒零相移濾波技術(shù)，提出了一種新型的檢測方法，并對這種新型的檢測方法進(jìn)行了實(shí)驗驗證，最終證實(shí)了控制策略的正確性與合理性。
關(guān)鍵詞：無(wú)位置傳感器；無(wú)刷直流電機；分壓電路；恒零相移濾波；線(xiàn)電壓比較器

引言
永磁無(wú)刷直流電機由于其無(wú)換向火花、運行可靠、維護方便、結構簡(jiǎn)單、無(wú)勵磁損耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，自20世紀50年代出現以來(lái)，就在很多場(chǎng)合得到越來(lái)越廣泛的應用。傳統的永磁無(wú)刷直流電機均需一個(gè)附加的位置傳感器，用以向逆變橋提供必要的換向信號。它的存在給直流無(wú)刷電機的應用帶來(lái)很多不便：首先，位置傳感器會(huì )增加電機的體積和成本；其次，連線(xiàn)眾多的位置傳感器會(huì )降低電機運行的可靠性，即便是現在應用最為廣泛的霍爾傳感器，也存在一定程度的磁不敏感區；再次，在某些惡劣的工作環(huán)境中，如在密封的空調壓縮機中，由于制冷劑的強腐蝕性，常規的位置傳感器根本就無(wú)法使用；此外，傳感器的安裝精度還會(huì )影響電機的運行性能，增加生產(chǎn)的工藝難度。針對位置傳感器所帶來(lái)的種種不利影響，近一二十年來(lái)，永磁無(wú)刷直流電機的無(wú)位置傳感器控制一直是國內外較為熱門(mén)的研究課題。從20世紀70年代末開(kāi)始，截至目前為止，永磁無(wú)刷直流電機的無(wú)位置傳感器控制已大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，針對不同的電機性能和應用場(chǎng)合出現了不同的控制理論和實(shí)現方法，如反電勢法、續流二極管法、電感法等。
所謂的無(wú)位置傳感器控制，正確的理解應該是無(wú)機械的位置傳感器控制，在電機運轉的過(guò)程中，作為逆變橋功率器件換向導通時(shí)序的轉子位置信號仍然是需要的，只不過(guò)這種信號不再由位置傳感器來(lái)提供，而應該由新的位置信號檢測措施來(lái)代替，即以提高電路和控制的復雜性來(lái)降低電機的復雜性。所以，目前永磁無(wú)刷直流電機無(wú)位置傳感器控制研究的核心和關(guān)鍵就是架構一轉子位置信號檢測線(xiàn)路，從軟硬件兩個(gè)方面來(lái)間接獲得可靠的轉子位置信號，借以觸發(fā)導通相應的功率器件，驅動(dòng)電機運轉。

1 傳統反電動(dòng)勢檢測方法
無(wú)刷直流電機中，受定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的作用，轉子沿著(zhù)一定的方向轉動(dòng)。電機定子上放有電樞繞組，因此，轉子一旦旋轉就會(huì )在空間形成導體切割磁力線(xiàn)的情況。根據電磁感應定律可知，導體切割磁力線(xiàn)會(huì )在導體中產(chǎn)生感應電熱。所以，在轉子旋轉的時(shí)候就會(huì )在定子繞組中產(chǎn)生感應電勢，即運動(dòng)電勢，一般稱(chēng)為反電動(dòng)勢或反電勢。
1．1 傳統反電動(dòng)勢檢測的原理
具有梯形反電動(dòng)勢波形的三相無(wú)刷直流電機主電路，對于某一相繞組(假設A相)，其導通時(shí)刻的基本電路原理圖如圖1所示。

1．2 反電動(dòng)勢的推導
無(wú)刷直流電機的三相端電壓方程：