基于dsPIC30F3010實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的無傳感器控制
1 引言
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/257424.htm無刷直流電機(jī)既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),又具有直流電機(jī)運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗、調(diào)速性能好的特性,因此在各行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。無刷直流電機(jī)是一種特殊的永磁同步電機(jī),傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)大多數(shù)采用位置傳感器確定轉(zhuǎn)子位置,并據(jù)此控制驅(qū)動(dòng)電路換相。由于位置傳感器的存在,增加了電機(jī)體積和成本,降低了電機(jī)可靠性,限制了某些場合的應(yīng)用。
本文給出一種基于反電動(dòng)勢過零點(diǎn)檢測法控制無刷直流電機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法,該方法所需硬件簡單。軟件功能強(qiáng)大。
2 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)
無刷直流電機(jī)由電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測電路以及電子開關(guān)電路3部分組成。其示意圖如圖1所示。
電子開關(guān)電路主要作用是控制電機(jī)本體定子各相繞組的通電順序和時(shí)間,主要由功率管、驅(qū)動(dòng)電路以及轉(zhuǎn)子位置信號處理模塊構(gòu)成。轉(zhuǎn)子位置檢測電路主要作用是實(shí)時(shí)檢測轉(zhuǎn)子位置,為換相提供依據(jù)。電機(jī)本體由定子線圈繞組與永磁轉(zhuǎn)子構(gòu)成。電機(jī)本體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 無刷直流電機(jī)工作原理
有刷直流電機(jī)通過電刷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組的換相,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,且定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場方向垂直,從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷直流電機(jī)工作過程與此類似,不同之處在于通過電子開關(guān)電路控制定子換相,使定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,使得永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由此可見,無刷直流電機(jī)中,轉(zhuǎn)子位置非常重要,否則不能準(zhǔn)確控制換相時(shí)間,導(dǎo)致電機(jī)不能輸出最大轉(zhuǎn)矩,甚至不能運(yùn)轉(zhuǎn)。
4 反電動(dòng)勢過零點(diǎn)檢測法
要實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制,關(guān)鍵問題是如何獲得轉(zhuǎn)子的位置信息。由于永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場,定子繞組切割該磁場,感應(yīng)出電動(dòng)勢,該電動(dòng)勢就是反電動(dòng)勢。反電動(dòng)勢過零點(diǎn)檢測法是一種常用的方法,由無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)可知,反電動(dòng)勢過零點(diǎn)與轉(zhuǎn)子位置有對應(yīng)關(guān)系,通過對定子繞組上反電動(dòng)勢的檢測得到過零點(diǎn),就可以得到轉(zhuǎn)子位置信息,由此控制換相。
以三相Y型連接,兩兩導(dǎo)通為例說明反電動(dòng)勢與換相的關(guān)系以及反電動(dòng)勢檢測方法。電機(jī)主回路電路如圖3所示。
轉(zhuǎn)子以ω角速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),各相產(chǎn)生的反電動(dòng)勢波形如圖4所示,Ea、Eb、Ec分別為a、b、c相的反電動(dòng)勢。
當(dāng)某一相的反電動(dòng)勢出現(xiàn)過零點(diǎn)后,再延遲30°電角度就是換相時(shí)刻。因此只要能檢測到反電動(dòng)勢的過零點(diǎn),根據(jù)當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速,延時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30°的時(shí)間,控制圖3中Q1至Q6的通斷,就可實(shí)現(xiàn)換相。
實(shí)際中,電機(jī)反電動(dòng)勢不能直接檢測,只能間接獲取。由電機(jī)三相端電壓平衡方程可以推導(dǎo)出在反電動(dòng)勢過零點(diǎn)附近有:
其中,Ua、Ub、Uc為a、b、c相的端電壓。
通過檢測相電壓,再根據(jù)式(1)、(2)、(3)很容易得到反電動(dòng)勢過零點(diǎn),再延時(shí)30°電角度換相,就可以使勵(lì)磁與轉(zhuǎn)子同步。
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