無位置傳感器無刷直流電機的啟動技術(shù)

周沙　魯曉陽

摘 要 在無位置傳感器無刷直流電機的控制中，反電動勢法是目前采用最多的啟動控制方法，本文比較了目前常用的一些起動方法，介紹了其原理及實現(xiàn)方法，論述了這些起動方法的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞 無刷直流電機 反電動勢 啟動

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A

目前常用的無位置傳感器控制多為反電勢法控制，反電勢法的原理簡單，在無位置傳感器無刷直流電機的實際運用中，采用此方法是最多的，反電勢法的弊端就是在電機靜止或速度低時，該方法不適用，需要采用特殊的啟動方法。針對此問題，一些啟動方法也相繼被研究無刷直流電機的學(xué)者們提出。目前無刷直流電機主要的啟動方法有以下幾種：

1三段式啟動法

該方法將電機的啟動分為三步：轉(zhuǎn)子預(yù)定位、加速和切換。以兩極三相電機為例，電機在啟動時，需要預(yù)先知道電機轉(zhuǎn)子的初始位置，才能確定首先需要導(dǎo)通哪兩個功率管給電機進行供電。由于無法直接判斷轉(zhuǎn)子初始位置，預(yù)定位采用的方法是，導(dǎo)通逆變器任意兩個功率管并控制繞組電流，通電一段時間后關(guān)斷，此時轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)到預(yù)定的位置，然后將該位置視為轉(zhuǎn)子初始位置，進行下一步啟動過程；加速階段，知道轉(zhuǎn)子初始位置后，可以按照預(yù)先設(shè)置好的換相順序給功率管進行導(dǎo)通，該過程為開環(huán)過程。每次換相前并不知道轉(zhuǎn)子具體位置，只是按照預(yù)先設(shè)計好的啟動加速曲線逐漸加快電機轉(zhuǎn)子速度，電機每相的導(dǎo)通時間和換相時間也是預(yù)先設(shè)置好的，按照設(shè)置的換相順序?qū)ㄏ鄳?yīng)的逆變器的功率管，換相頻率逐漸升高，并逐漸提高逆變器的斬波占空比，電機速度開始變快，當?shù)竭_設(shè)定的切換閥值時，進入到切換階段。切換階段，電機速度達到預(yù)定值后，即能夠準確檢測到反電勢過零點信號，將電機切換到無位置傳感器控制運行狀態(tài)。預(yù)定位過程一般容易實現(xiàn)；在加速過程，加速曲線設(shè)計的好壞會影響電機啟動的穩(wěn)定性；在切換階段，如切換不平滑有可能會導(dǎo)致電機啟動失敗，因此三段式啟動方法需要進一步研究和改進。

2升頻升壓啟動方法

該方法的實現(xiàn)主要是依靠硬件電路，啟動原理如圖1-1所示。電壓VCC接通以后，壓控振蕩器輸入端的電容 C 上的電壓Uc會逐漸提高，將Uc送入壓控振蕩器中，壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)分頻以后再輸出，環(huán)行分配器通過接收分頻器輸出的時鐘信號，然后轉(zhuǎn)換成換相信號控制逆變器各個功率管的導(dǎo)通與關(guān)閉。下端PWM電路在電壓Uc的控制下通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比控制電機繞組電壓，繞組上的電壓和頻率會隨著Uc不斷增大而不斷提高。當電機運行至反電勢過零點達到可以正常檢測的條件后，將Uc與設(shè)定的參考電壓在比較器里比較，進行切換。

當Uc到達預(yù)定值后，電機會切換至無位置傳感器控制運行狀態(tài)，無刷直流電機的啟動完成。在規(guī)定的速度范圍內(nèi)，升頻升壓啟動方法可實現(xiàn)在空載、輕載條件下的啟動，但要根據(jù)電機參數(shù)設(shè)計啟動電路，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

3預(yù)定位啟動法

在啟動初始狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子初始位置的判定跟三段式啟動的預(yù)定位過程一樣，確定初始位置后，根據(jù)功率管的導(dǎo)通次序，會預(yù)先設(shè)置好一個換相順序表。在電機運行過程中，每次按照設(shè)置好的換相順序控制電機不斷旋轉(zhuǎn)運行，同時不斷提高外施電壓的大小，這樣電機速度會不斷變快，反電勢也逐漸變大，在此加速過程中，當能連續(xù)N次準確地檢測到反電勢過零點信號后，判斷預(yù)定位啟動過程結(jié)束，電機切換到無位置傳感器控制狀態(tài)運行。該方法原理簡單，易于實現(xiàn)，但只在電機空載啟動和控制精度要求不高的場合適用，因此應(yīng)用范圍有限。

綜上所述，各種啟動方法都有其優(yōu)缺點，根據(jù)應(yīng)用場合和要求的不同可以選擇與之相適應(yīng)的電機啟動方法，因此，無刷直流電機的啟動技術(shù)存在很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻

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