無(wú)刷直流電機相序測定的實(shí)用方法

1 引言

無(wú)刷直流電機采用電子換向裝置代替了傳統直流電機的機械換向裝置，又具有與直流電機類(lèi)似的機械特性，其磁鋼置于轉子上，通過(guò)不斷地變換定子繞組通電方式產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)驅動(dòng)轉子轉動(dòng)。由于轉子采用了永磁體結構，無(wú)刷直流電機具有體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)刷直流電機的應用越來(lái)越廣泛?？焖儆行У卮_定位置傳感器和繞組間的相序關(guān)系是實(shí)現無(wú)刷直流電機調速功能的關(guān)鍵。

文獻[1]介紹了無(wú)刷直流電機相序故障自恢復的方法，此種方法相應增加了軟件的復雜性。文獻[2]介紹了一種非數字量輸出的位置傳感器相序測定方法，但需要對各相電壓進(jìn)行測量。文獻[3]采用通電試驗的方法測定無(wú)刷直流電機的相序關(guān)系，但將轉子轉動(dòng)到某一固定狀態(tài)對于極對數較多的無(wú)刷直流電機相對困難，給兩相繞組通電的過(guò)程也需要注意繞組電流大小。

本文通過(guò)對三相無(wú)刷直流電機傳感器位置、輸出信號與繞組電動(dòng)勢間的關(guān)系進(jìn)行分析，提出了一種測定其相序的有效方法。

2 無(wú)刷直流電機基本控制方法

無(wú)刷直流電機的轉子磁鋼呈瓦片形，磁極與定子繞組間氣隙均勻，氣隙磁場(chǎng)呈梯形分布。定子繞組感應電動(dòng)勢波形為梯形波。

無(wú)刷直流電機定子繞組通常采用三相星形接法，需要應用三相全橋控制電路，其驅動(dòng)控制系統結構如圖1所示。

由V1～V6六只功率管構成的驅動(dòng)全橋可以控制繞組的通電狀態(tài)。按照功率管的通電方式，可以分為兩兩導通和三三導通兩種控制方式。由于兩兩導通方式提供了更大的電磁轉矩而被廣泛采用。在兩兩導通方式下，每一瞬間有兩個(gè)功率管導通，每隔1／6周期即60°電角度換相一次，每只功率管持續導通120°電角度，對應每相繞組持續導通120°，在此期間相電流方向保持不變。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉矩，通常需要使繞組合成磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)保持垂直。由于采用換相控制方式，其定子繞組產(chǎn)生的是跳變的磁場(chǎng)，使得該磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)的位置保持在60°～120°相對垂直的范圍區間。

功率管的換相信號需要從位置傳感器的狀態(tài)得出，換相時(shí)刻也就是霍爾傳感器的信號狀態(tài)改變的時(shí)刻。因此霍爾傳感器和三相繞組對應關(guān)系的確定對于電機的正確運行非常重要。

3 相序測定的實(shí)用方法

3.1 位置傳感器安裝方式

位置傳感器在無(wú)刷直流電機控制系統中起著(zhù)非常重要的作用。它用于檢測轉子磁極的位置，為開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息。

無(wú)刷直流電機常用的位置傳感器是霍爾傳感器，霍爾元件數通常與繞組相數相等，轉子磁鋼作為霍爾元件的勵磁磁場(chǎng)磁極。

為了產(chǎn)生正確的換向信號，霍爾傳感器安裝位置有一定要求，通常有120°安裝和60°安裝兩種方式，如圖2所示。

以霍爾傳感器安裝方式為120°為例，位置傳感器輸出波形、電機定子繞組通電電流和反電動(dòng)勢相位關(guān)系如圖3所示。

以位置傳感器的信號狀態(tài)區分，將無(wú)刷直流電機的運行狀態(tài)分割為6個(gè)狀態(tài)。各功率管導通區間如圖3所示。

兩種位置傳感器安裝方式在本質(zhì)上是相同的，在電機旋轉過(guò)程中，都將360°電角度分割為6種狀態(tài)，其中60°安裝方式可以認為是將120°安裝時(shí)的一個(gè)霍爾元件反轉180°安裝，各元件換相時(shí)刻均相同。在換相控制中，將三個(gè)霍爾傳感器的輸出信號狀態(tài)的組合作為狀態(tài)控制變量，例如在圖3所示的第一個(gè)運行區間內狀態(tài)控制變量為H1 H2 H3(101)。在不同安裝方式下各霍爾元件產(chǎn)生不一樣的狀態(tài)控制變量。在120°安裝下，3個(gè)位置傳感器信號組成的控制變量為001-110。60°安裝狀況下，將出現000和111的狀態(tài)變量，而缺失中間的兩個(gè)狀態(tài)，因而他們的換相控制表是有區別的。通過(guò)觀(guān)察霍爾傳感器是否出現111和000的狀態(tài)就可以判定霍爾傳感器是哪種安裝方式。

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