無位置傳感器無刷直流電機三段式啟動技術

周沙

摘 要 在無位置傳感器無刷直流電機的控制中，反電勢法主要是通過檢測反電勢過零點來確定電機轉子位置，但在電機靜止或者轉速很低時，不能準確檢測出反電勢過零點，因此經常采用三段式啟動方法，本文詳細介紹了三段式啟動技術的原理。

關鍵詞 無刷直流電機 反電勢 三段式

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A

無位置傳感器無刷直流電機控制系統是無刷直流電機發展的一個重要方向。一般采用轉子位置估算方法實現對轉子位置的檢測并用于換相。但是電機在起動過程中由于可用于檢測的信號很微弱，采用常規的轉子位置估算方法無法確定轉子真實位置，因此對無刷直流電機無位置傳感器控制的起動必須采取特殊的方法。目前經常采用的啟動方法為“三段式”啟動，一般來說，三段式啟動包括定位、加速、切換三個過程。

1轉子預定位

電機在靜止狀態時，并不知道電機轉子所處的位置，轉子的位置決定逆變器功率管的通斷，因此無法確定首先導通哪兩相來啟動電機。電機零啟動選用的方法一般是先選定電機任意兩相進行通電，通電后，會產生一個合成磁場，轉子會在磁場的作用下向合成磁場的軸線方向旋轉，直到轉子磁極與磁場軸線在同一個方向上。如圖1-1所示，若給電機A相和B相通電，則定子磁勢方向為F1，假設電機轉子處在圖中所示位置，則轉子磁勢方向為F2，在合成磁場的作用下，轉子會順時針旋轉起來。

2外同步加速

轉子初始位置確定后，就可以根據轉子位置確定下一次換相應該導通的功率管，由于反電勢過小無法準確檢測轉子位置，因此，需對電機進行加速，此過程為開環過程。每次對電機進行換相時，并不清楚轉子所處的位置，只是按照預先設置好的換相順序對功率管輪流導通。電機在速度較低時，反電勢小，對應的逆變器斬波占空比也小，當速度逐漸增大時，逆變器的斬波占空比隨之也應增大，這樣可以保證無刷直流電機啟動時不會失步。由于是開環啟動，換相時轉子具體位置未知，如果換相時轉子位置與應換相位置相隔太遠，可能引起反轉和振蕩導致啟動失敗，因此應合理設置加速曲線和控制繞組施加電壓的大小，使電機每次換相時都接近最佳換相點，才能順利加速啟動。合理的加速曲線設置應該在每次換相后，電壓施加時間都比前一次少，而且在低速時，電機應加速慢，到達預定位置前，速度逐漸變快。針對以上要求，所以本文設計的加速過程為：假設電機加速啟動階段的總時間為T，電機輪流導通功率管器件，第一次換相后，功率管導通時間為aT，第二次換相后，功率管導通時間為a2T，第三次為a3T……。依此類推，同時不斷調整電壓頻率和PWM占空比，如果電機經過N次換相能達到預定的頻率，即反電勢過零點可以準確檢測，可以通過反電勢法來檢測轉子位置時，則電機開環加速結束，切換到閉環加速狀態。

3切換

當電機旋轉加速到達一定速度時，就可以通過檢測反電勢來確定轉子位置，電機在靜止或者低速狀態運行時，逆變器通過選擇器選擇的是三段式啟動方法控制。當電機由靜止啟動后，加速運行到具有一定速度時，通過設定選擇器的閥值大小來決定是否切換。因此當反電勢過零點能準確檢測出時，系統切換到反電勢法控制。

三段式啟動技術，彌補了電機靜止或者低速時線反電勢法檢測轉子位置不適用的情況，目前已經廣泛應用于電機控制技術當中。

參考文獻

[1] 劉碩洋.永磁無刷直流電機回饋制動控制技術[D].湖南大學， 2013.

[2] 李自成.無刷直流電機無位置傳感器控制關鍵技術研究[D].華中科技大學， 2010.endprint