無刷直流電機(jī)控制技術(shù)綜述

摘 要：在十九世紀(jì)電機(jī)誕生的時(shí)候，其中實(shí)用性的電機(jī)就是無刷的形式，其得到了廣泛的運(yùn)用，隨著時(shí)代的發(fā)展，在上世紀(jì)中葉的時(shí)候晶體管誕生，直流無刷電機(jī)也隨之應(yīng)運(yùn)而生，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在各個(gè)領(lǐng)域都有涉獵。

關(guān)鍵詞：直流無刷電機(jī)；技術(shù)研究；控制技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.201

0 引言

經(jīng)過不斷的演變與發(fā)展，無刷直流電機(jī)綜合了交流電機(jī)和直流電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中，它的出現(xiàn)大大的提高了生產(chǎn)的效率，減少了能源的消耗，得到了廣泛的應(yīng)用和普及。在電機(jī)領(lǐng)域中，新型無刷電機(jī)的品種眾多，其性能和價(jià)格都不盡相同，就其的控制來說具有多種方法。

1 無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)

隨著科技的發(fā)展，無刷直流電機(jī)的出現(xiàn)代替了許多傳統(tǒng)的電機(jī)，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，它具有傳統(tǒng)直流電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，但同時(shí)又除去了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，它在投入使用的過程中具有速度很低的優(yōu)點(diǎn)，這就大大的減少了用電率，雖說其速度低但其產(chǎn)生的功率卻十分巨大，其體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)省去了減速機(jī)的超大負(fù)載量，在使用的過程中效率十分高。由于其除去了碳刷，所以減少了很多消耗，這就使它的省電率相當(dāng)高，再加上其在運(yùn)作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火花，對(duì)于一些爆炸性的場(chǎng)所來說更具備安全性，對(duì)其的維修和保養(yǎng)方面來說也是十分容易的。綜合其特點(diǎn)來看，和其他種類的電機(jī)相比其優(yōu)異性非常顯著，因此，無刷直流電機(jī)憑借著其充分的優(yōu)勢(shì)在很多場(chǎng)合都發(fā)揮著重要的作用。

2 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)技術(shù)

逆變器功率器在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候位置會(huì)發(fā)生改變，在其位置發(fā)生改變的同時(shí)會(huì)觸發(fā)組合，使其組合的狀態(tài)進(jìn)行不同的改變，這就是無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理，由此看來，想要準(zhǔn)確的控制無刷直流電機(jī)的運(yùn)行就必要確保轉(zhuǎn)子的位置，與此同時(shí)還要對(duì)轉(zhuǎn)子觸發(fā)的功率器件組合進(jìn)行相應(yīng)準(zhǔn)時(shí)的切換，想要做到這一點(diǎn)是相當(dāng)困難的。

通過科技水平的不斷提高，相關(guān)學(xué)者提出了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的一種新的辦法。首先準(zhǔn)備一些非磁性導(dǎo)電質(zhì)地的材料，把這些材料粘在永磁轉(zhuǎn)子的外部；其次，相關(guān)設(shè)備在工作時(shí)會(huì)使非磁性材料上產(chǎn)生渦流效應(yīng)，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子的位置發(fā)生相應(yīng)的改變，最后通過觀察檢測(cè)電壓來確定轉(zhuǎn)子的位置。這種方法能夠確保電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和起動(dòng)，但是由于這種方法需要使用特殊的電機(jī)，所以應(yīng)用不甚廣泛。

3 速度調(diào)節(jié)控制

在實(shí)際運(yùn)作中，需要使用一些高性能的調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，選擇一個(gè)適用于其整個(gè)系統(tǒng)的控制策略是十分重要的。有學(xué)者提出用降壓型載波電路來進(jìn)行調(diào)速，還有的學(xué)者提出用兩象限載波電路來進(jìn)行調(diào)速，這兩種方法都可以對(duì)電流的脈動(dòng)起到很好的抑制作用。采用速度調(diào)節(jié)的方法來對(duì)其進(jìn)行控制，不失為一種有效可行的方法，在未來的發(fā)展道路上還會(huì)出現(xiàn)更多的控制方法，對(duì)于電機(jī)的發(fā)展有著重要的意義，對(duì)人類生活的進(jìn)步有著重要的作用。

4 雙?？刂萍夹g(shù)

無刷直流電機(jī)具有眾多的優(yōu)勢(shì)，但其也存在一些缺陷，其中一點(diǎn)就是其無位置傳感器控制的起動(dòng)技術(shù)存在缺陷，而針對(duì)這個(gè)缺陷應(yīng)運(yùn)而生的是通過雙模式運(yùn)行來對(duì)其進(jìn)行控制的方法。從而使其不僅可以在有位置傳感器模式下進(jìn)行運(yùn)行，還可以在無位置傳感器模式下進(jìn)行運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行過程中，傳感器的信號(hào)沒有發(fā)生問題時(shí)，電機(jī)就使用有位置傳感器模式，當(dāng)傳感器信號(hào)發(fā)生問題時(shí)，則使用無位置傳感器模式。兩種模式的相互補(bǔ)充，能夠讓電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)更加的穩(wěn)固，使電機(jī)正常運(yùn)行為設(shè)備提供動(dòng)力。

5 抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

在一些具體的運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題的產(chǎn)生會(huì)直接對(duì)無刷直流電機(jī)在交流隨動(dòng)系統(tǒng)中的使用產(chǎn)生影響，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生非常不好的影響，由此可見，對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制控制非常關(guān)鍵，這關(guān)系到隨動(dòng)系統(tǒng)的服務(wù)性能，對(duì)無刷直流電機(jī)的影響也是至關(guān)重要的，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有三個(gè)方面。首先，由于齒槽效應(yīng)和磁通畸變都會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，針對(duì)這一方面可以從對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)來進(jìn)行彌補(bǔ)；其次諧波也會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，這就要求相關(guān)人員對(duì)諧波進(jìn)行分析，掌握其規(guī)律，減少其引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；最后，相電流換向也會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，針對(duì)這一問題，可以使用滯環(huán)控制來對(duì)其進(jìn)行抑制，從而使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到相應(yīng)的抑制，促使電機(jī)能夠更好的運(yùn)作。

6 空間矢量控制

無刷直流電機(jī)在反電勢(shì)波中分為準(zhǔn)正弦波和正弦波，在其應(yīng)用的過程中，可以采用方波驅(qū)動(dòng)方式或者正弦波驅(qū)動(dòng)方式。不同的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)形成不同的電流波形，在這方面相關(guān)工程都采用磁鏈軌跡法，這種方法把逆變電路和電機(jī)相互結(jié)合起來進(jìn)行研究，找到一個(gè)關(guān)鍵的地方作為基礎(chǔ)，然后通過切換逆變電路的開關(guān)器件，使其矢量無盡的接近磁鏈圓，從而達(dá)到對(duì)脈沖寬度調(diào)制的控制，這種方法對(duì)開關(guān)的損傷極其小，用電率十分高，對(duì)于諧波的產(chǎn)生也是十分小的，由此可見此種方法是十分有效可行的。

7 電機(jī)的起動(dòng)

針對(duì)于有無位置傳感器的無刷直流電機(jī)來說，其起動(dòng)存在不同的問題。無位置傳感器的無刷直流電機(jī)起動(dòng)存在一定的問題。對(duì)這個(gè)問題有相應(yīng)的解決辦法，一般采用其他的控制方式來對(duì)電機(jī)進(jìn)行加速，然后在這過程中使其切換到自動(dòng)控制的方式，此外，采用固定換向頻率也能夠?qū)@個(gè)問題進(jìn)行解決，這種辦法相對(duì)比較穩(wěn)定，能夠抵擋其他方面帶來的干擾因素，效果更為顯著。

8 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，無刷直流電機(jī)及其控制會(huì)得到更好的發(fā)展，在其性能的提高和功能的改善上都將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的突破。雖然說它集各種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一身，并且在現(xiàn)今的各大領(lǐng)域都在進(jìn)行著廣泛的使用，但是還存在著一些問題亟待解決，我們相信隨著微電子技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展能夠使這些問題得到解決，讓人們的生活更加的便利，使我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也更加的蓬勃向上。

參考文獻(xiàn)：

[1]林瀟，潘雙夏，胡曉杭.一種無位置傳感器BLDC零啟動(dòng)的純硬件實(shí)現(xiàn)方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，42（09）：1591-1596.

作者簡(jiǎn)介：黃秀勇，男，山東濟(jì)寧人，本科，高級(jí)講師，高級(jí)技師，系主任，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。