《新能源汽车电机及传动系统拆装与检测》课件-资讯三 无刷直流电机的控制技术

1.无刷直流电机的调速控制速度闭环控制的无刷直流电机调速系统框图如图7-13所示。电机的位置传感器提供电机的位置信号并以此计算出电机的速度，控制系统中的速度调节器ASR根据电机实际运行速度和速度指令得出电流的命令值，控制好电机的电流也就意味着控制好电机的转矩。资讯三无刷直流电机的控制技术资讯三无刷直流电机的控制技术图7-13速度闭环控制的无刷直流电机调速系统框图1.无刷直流电机的调速控制无刷直流电机的电磁转矩表达式为Tem=2EaIDCpn/ω=pnψmIDC4/π式中，Ea为无刷直流电机的电动势，IDC为电机的直流电流，pn为磁极对数，ω为电机的角速度，ψm为电机的电磁磁链峰值。资讯三无刷直流电机的控制技术1）调速换向原理分析如图，以电机转子位于扇区1为例，又通过对无刷直流电机工作原理分析可以得知，电机的A相绕组反电动势为正向平顶区域，B相绕组反电动势为负向平顶区域。图7-14中的逻辑控制单元就是根据PWM信号和图7-15中电机转子的位置分配逆变器6个半导体开关器件的开关信号的。图7-14无刷直流电机绕组通电原理图资讯三无刷直流电机的控制技术2）逆变器的PWM调制模式逆变器几种具体的PWM调制模式如图7-15所示，其中图7-15（a）～图7-15（d）属于单侧调制模式，图7-15（e）属于双侧调制模式，图7-15（f）为全导通模式。不同PWM调制模式中电机换相过程中的转矩脉动是不同的，有文献指出“ON—PWM”模式对于减小反电动势电流最为有利。图7-15逆变器几种具体的PWM调制模式资讯三无刷直流电机的控制技术2）逆变器的PWM调制模式3）弱磁控制当逆变器可以向电机提供足够的电压和电流时，电子换向器的开关状态在电机转子旋转60°电角度的范围内保持不变。在此过程中，定子合成磁动势与转子位置角度的差值从120°减小到60°，从平均值意义上说，可以认为定子合成磁动势和转子磁动势相互垂直，从而产生较大的转矩。但是当电机运行速度较高或逆变器直流侧电压较低时，逆变器难以向电机提供所需的电流，因此待导通的定子绕组必须提前导通一定的时间，此时相电流超前反电动势，因而会产生一个去磁电流分量，即进行弱磁控制。提前导通角不可太大，一般会控制在60°以内。资讯三无刷直流电机的控制技术资讯三无刷直流电机的控制技术2.无刷直流电机无传感器控制技术1）反电动势过零点检测法反电动势过零点检测法是目前最常用、实现最简单的一种无位置传感器运行方式，尤其是在家电领域。这种方法较适用于三相绕组星形接法，电机绕组两两导通的情况。反电动势过零点检测法的电路原理如图7-16所示，通常是测量电机三相绕组端部的电压，再通过积分器或低通滤波器来得到转子位置信息，电路中各关键点的波形如图7-17所示。图7-17反电动势过零点检测法电路中各关键点的波形图7-16反电动势过零点检测法的电路原理知识拓展3测出的定子端部电压包含PWM电路的斩波信号，积分器不仅可以滤掉电压毛刺，还可以产生不受限于转子速度的换相信号。调节过零点和换相点之间的时间，以补偿高速情况下电机定子电感带来的延迟，这就扩大了该方法的适用范围。端电压检测法技术成熟、工作可靠，是最为实用的一种无刷直流电机无位置传感器转子位置检测方法。该方法是基于对电机断开相端电压的检测，即相当于对非导通期反电动势的检测，从根本上说，该方法实际检测的是绕组反电动势，因为反电动势的幅值大小与电机的转速成比，所以在低速时，反电动势信号很难检测到。资讯三无刷直流电机的控制技术资讯三无刷直流电机的控制技术2）反电动势三次谐波积分检测法反电动势三次谐波积分检测法适用于120°导通、三相星形绕组的无刷直流电机的转子位置检测。图7-18给出了该方法的电路原理。可以看出在星形电机绕组上，并联一个星形电阻网络，阻值为R2的三个电阻构成了星形网络，公共端记为n，可以称其为电机的假中性点。另有两个电阻R1串联后连接在直流母线上，构成直流母线中点电位参考点h，实际电机绕组的中性点记为s。图7-18反电动势三次谐波积分检测法的电路原理通过假中性点n与直流母线中点电位参考点h之间的电压值unh来获得三次谐波，省去了电机绕组与电阻网络两中性点之间的连线。这种位置检测方法与反电动势过零点检测方法相比，具有更宽广的调速范围，但也需要采用开环方式起动。inh为定子绕组三相电流波形，u3为反电动势三次谐波分量波形。资讯三无刷直流电机的控制技术资讯三无刷直流电机的控制技术图7-19给出了该方法中各物理量波形和各开关管的切换顺序。从中明显可以看出，三次谐波积分值