用于無刷電機旋轉測量的無傳感器型控制

引言

在家用電器、供暖、通風、空調)和汽車應用中，DC無刷電機及其驅動器的使用率越來越高。造成這種現象的原因是其所擁有的高效、可靠、緊湊、低維護等級以及低噪聲等優點，而這些都將轉化為成本的節省。

家用電器常常運用傳統技術，比如帶有起動電容的AC磁阻單相電機和通用式電機。所有這些解決方案采用AC供電方式，工作速度都是恒定不變的，而且并未關注效率。

如今，客戶所提出的要求越來越多，他們渴望擁有改良型功率分配方案、更加優越的性能以及更低的噪聲電平：傳統技術的局限性正日益凸顯出來。

同時，市場競爭對能量-效率比提出了新的更高要求，用戶在挑選家用電器時，除了產品的價格之外，還會對其能耗等級和噪聲電平等特征加以比較。

圖1 永磁轉子和定子

基本原理

無刷DC電機的工作原理非常簡單。這種電機基于一個裝有永久磁鐵的轉子和一個安裝了三個相距120°的繞組的定子。三相逆變器按正確的順序來驅動繞組，并生成一個用于對轉子進行“磁推動”旋轉磁場。逆變器根據轉子的位置在繞組的6個不同的時間段里發生極化。轉子的位置可采用位置傳感器或機械式開關以不同的方式讀出，也可以采用由轉子位置所產生的磁場來估計。后一種方法被稱為“反向EMF”。

顯然，虛擬傳感器具有多項優點，即：免除了相關的費用，而且，與霍爾效應傳感器截然不同是，它不會破損。這就意味著可靠性和效率的提高以及重量和體積的減小。

但是，這種無傳感器型解決方案需要進行更加復雜的處理，以精確估測 轉子的位置，或對繞組的6個起動相位進行正確的驅動。

在每一轉的6相中，每次只對兩個繞組進行供電。第三個繞組(也是唯一未被施加偏壓的繞組)正是允許讀出由轉子旋轉所產生的電壓以及其位置的繞組。

控制完全依賴于使定子的驅動相位與讀出操作之間保持一個規定的恒定距離(用角度來表示)。