基于dsPIC30F3010實(shí)現無(wú)刷直流電機的無(wú)傳感器控制

1 引言

無(wú)刷直流電機既具有交流電機結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電機運行效率高、無(wú)勵磁損耗、調速性能好的特性，因此在各行業(yè)中的應用日益廣泛。無(wú)刷直流電機是一種特殊的永磁同步電機，傳統的無(wú)刷直流電機大多數采用位置傳感器確定轉子位置，并據此控制驅動(dòng)電路換相。由于位置傳感器的存在，增加了電機體積和成本，降低了電機可靠性，限制了某些場(chǎng)合的應用。

本文給出一種基于反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)檢測法控制無(wú)刷直流電機的實(shí)現方法，該方法所需硬件簡(jiǎn)單。軟件功能強大。

2 無(wú)刷直流電機的結構

無(wú)刷直流電機由電機本體、轉子位置檢測電路以及電子開(kāi)關(guān)電路3部分組成。其示意圖如圖1所示。

電子開(kāi)關(guān)電路主要作用是控制電機本體定子各相繞組的通電順序和時(shí)間，主要由功率管、驅動(dòng)電路以及轉子位置信號處理模塊構成。轉子位置檢測電路主要作用是實(shí)時(shí)檢測轉子位置，為換相提供依據。電機本體由定子線(xiàn)圈繞組與永磁轉子構成。電機本體結構如圖2所示。

3 無(wú)刷直流電機工作原理

有刷直流電機通過(guò)電刷實(shí)現轉子繞組的換相，產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)，且定子磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)方向垂直，從而使轉子旋轉。無(wú)刷直流電機工作過(guò)程與此類(lèi)似，不同之處在于通過(guò)電子開(kāi)關(guān)電路控制定子換相，使定子繞組產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)，使得永磁轉子旋轉。由此可見(jiàn)，無(wú)刷直流電機中，轉子位置非常重要，否則不能準確控制換相時(shí)間，導致電機不能輸出最大轉矩，甚至不能運轉。

4 反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)檢測法

要實(shí)現無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機的控制，關(guān)鍵問(wèn)題是如何獲得轉子的位置信息。由于永磁轉子旋轉產(chǎn)生旋轉的磁場(chǎng)，定子繞組切割該磁場(chǎng)，感應出電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢就是反電動(dòng)勢。反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)檢測法是一種常用的方法，由無(wú)刷直流電機結構可知，反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)與轉子位置有對應關(guān)系，通過(guò)對定子繞組上反電動(dòng)勢的檢測得到過(guò)零點(diǎn)，就可以得到轉子位置信息，由此控制換相。

以三相Y型連接，兩兩導通為例說(shuō)明反電動(dòng)勢與換相的關(guān)系以及反電動(dòng)勢檢測方法。電機主回路電路如圖3所示。

轉子以ω角速度運轉時(shí)，各相產(chǎn)生的反電動(dòng)勢波形如圖4所示，Ea、Eb、Ec分別為a、b、c相的反電動(dòng)勢。

當某一相的反電動(dòng)勢出現過(guò)零點(diǎn)后，再延遲30°電角度就是換相時(shí)刻。因此只要能檢測到反電動(dòng)勢的過(guò)零點(diǎn)，根據當時(shí)的轉速，延時(shí)轉子轉過(guò)30°的時(shí)間，控制圖3中Q1至Q6的通斷，就可實(shí)現換相。

實(shí)際中，電機反電動(dòng)勢不能直接檢測，只能間接獲取。由電機三相端電壓平衡方程可以推導出在反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)附近有：

其中，Ua、Ub、Uc為a、b、c相的端電壓。

通過(guò)檢測相電壓，再根據式(1)、(2)、(3)很容易得到反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)，再延時(shí)30°電角度換相，就可以使勵磁與轉子同步。