脉冲注入法的无刷直流电机转子位置

基于脉冲注入法的无刷直流电动机转子位置检测摘要：本文提出了一种利用脉冲注入检测无刷直流电机处于静止状态时转子位置的方法。 根据方法向定子线圈依次注入一系列脉冲，根据脉冲电流的变化推定转子位置。 实验结果表明，该方法不仅具有高位置检测精度，而且电机参数依赖性低，可以省略电机内部的检测元件，应用于其他电机。关键词：无刷直流电机的转子位置脉冲注入识别Abstractthisparepressessametodettherotodetherooperportionofpromentmanagemotersattestastantityusi用此方法asturalablesercesentionofvoltagepu magnetspositionbythecurrentvariationofthepulses.thebotaitidendresshowthismetisnotonoteffectitityofmotorparameterskeywords : bldcmrotorpositionpulsesinjectionrecognition引言近年来，无位置传感器无刷直流电动机(BLDCM )由于具有调速特性好、无转换火花、无无线干扰、效率高、寿命长、可靠性高、维护简单等优点，其应用越来越广泛。 检测电机转子位置是无刷直流电机研究的重要课题。 转子位置不确定的话，马达的起动失败，或暂时反转。 目前，无刷直流电机的启动方法有硬件启动和软件启动。 然而，硬件启动方案的最大缺点是另外的启动电路增加了电动机的尺寸并降低了对电动机的可靠性。 软件启动方式下的规定位启动，需要将转子驱动到某个特定位置，停止摆动后再驱动转子【1】。 由于转子的惯性，驱动时间变长。 提出了在转子静止时检测电机的方法。永磁电机转子位置不同，电机磁场分布不同，对定子各相电流的影响也不同【2】，作者利用定子电流的变化，向定子发送一系列电流脉冲，根据测得的电流峰值判断转子位置。 本文简要介绍了其工作原理，进行了在静止状态下检测转子位置的实验，验证了方法的可靠性和可行性。 该方法不仅对无刷直流电机有效，对永磁同步电机和其他永磁电机也有效，电机参数没有特别要求。1 .基本原理永磁电机的示意图如图1所示图1的基本原理以a相为例，其内部磁场()由于永久磁铁PM的磁场()和定子电流磁场()两个效果重叠。(1)相电流变得更高，磁路饱和，绕组的自感变小。 如果改变电流方向，总磁通如下(2)由此，磁通饱和，线圈的自感变高。 正电压脉冲起作用，数字控制器用电流传感器不断地对电流进行A/D转换，检测脉冲结束后得到峰值电流【3】。 然后，输出负电压脉冲，检测负相电流的峰值。 比较两个放大的电流值，可以得到一个电流差(3)在图1的状态下，各相的测试电流的示意图如下所示，因为b、c二相的位置相对于磁铁中心轴对称，所以它们的电流差的大小必须相等。在a相的情况下产生的磁场与磁铁正好一致的正反电流也受到磁场的影响最大，产生的电流差在理论上也最大。图2的电流图像同样，其他相也可以：(4)图1状态下的电流差如图3所示。图3电流差和转子位置关系的示意图综合分析所有三相的电流差【2】，就能检测出转子的位置。 电流的差根据转子的位置连续变化【4】(正弦变化后如图3所示)，通过这些组合可以测量转子的绝对位置。2 .系统硬件电路配置本系统是基于TI公司的DSP320LF2407A设计的。 如上所述，可以按照表1的顺序给出电流脉冲。给表1定时123456_首先，从PWM单元向VT1、VT2和VT6提供高电平。 这样能检测出的是某相的正相电流，加上反相电流，强制地使电流为0，使VT3、VT4、VT5为高电平，得到该相的负相电流，从式(4)得到电流差。 同样，可以得到其他相的电流差。图4检测电路在本实验中使用了DSP的两个模块。 首先，时间事件管理模块A(EVA )发出PWM信号，来自马达的电流信号经由模数变换块(ADC )取得电流差分值后，与现有值进行比较来判断转子位置。3 .实验方法在本实验中，因为是采用雅合公司生产的70ZWN24-30模型的电动机，并具备内部传感器的无刷DC电动机，所以可以用传感器取得电动机转子的正确位置，并且可以与本实验中得到的值进行比较。 其参数如表2所示表2电机参数相数极数额定电压(v )额定电流(a )额定功率(w )额定转速(旋转/分钟)34241.9302450电机各相传感器的电流采样时的增益和偏置误差也不同。 为了避免其带来的问题，作者在直流总线上安装了分流电阻(见图4 )。 这样就没有相同的增益误差和偏移误差，能够得到更准确的电流差。 此设计的优点在于，操作中的六个晶闸管中的某一者的直流链路电流精确地等于相电流中的一者或相反值【5】。 根据表1，可以进行以下操作(7)其中，k分别是增益和电流偏移误差，这里设为k0。 计算电流差后，可以(8)因此，电路测量中可能出现的调整偏差不影响计算电流差的精度。 由于增益误差是各相的电流差共同的，所以不影响转子的判断。为了使AD转换和PWM波形正确同步，提高电流采样的可靠性，PWM波形需要延迟1us。4 .实验结果下图表示通过上述方法得到的电流差。 实验非常理想，结果得到了充分检测出的电流差，有效地证明了所提出方法的有效性。 保证电机总是在安全的状态下启动。图6三相电流差根据转子位置而变化的关系图7转子位置误差五。 结论本文提出了利用脉冲注入检测永磁电机转子在静止状态下的位置的方法。 该方法利用磁铁位置不同引起的定子电流的变化，推定转子的位置，可以有效避免瞬间反转和启动失败，不仅适用于无刷DC电动机，也适用于DC同步电动机，不需要知道电动机的参数。 实验结果表明，估计误差在-8 9的电角范围内，因此可以在安全的状态下启动电动机。 从图7可知，估计误差也有一定的规则，能够进一步改进程序的算法以进一步减小误差。参考文献1王冉冉、刘玉庆.无位置传感器无刷直流电动机启动的比较和研究.微型电动机2003年第1期2 L. Cardoletti，A. Cassat，M. Jufer，“internationprotedectionattstanterforbrusslessdcandstepmotors”proc.of epe89，Aachen，13邓翠、张森林新的无刷直流电机启动方法微电机2002第6期p.b.Schmidt，M. L. Gasperi，G. Ray， a.h.wijenayake inityrotorangledetectionon-salientpolepermanentmagnetsynchronousmachine proc