無位置傳感器無刷直流電機的換相方式研究

摘要：在介紹傳統無位置傳感器反電動勢檢測方法的基礎上，采用了恒零相移濾波技術，提出了一種新型的檢測方法，并對這種新型的檢測方法進行了實驗驗證，最終證實了控制策略的正確性與合理性。
關鍵詞：無位置傳感器；無刷直流電機；分壓電路；恒零相移濾波；線電壓比較器

引言
永磁無刷直流電機由于其無換向火花、運行可靠、維護方便、結構簡單、無勵磁損耗等眾多優點，自20世紀50年代出現以來，就在很多場合得到越來越廣泛的應用。傳統的永磁無刷直流電機均需一個附加的位置傳感器，用以向逆變橋提供必要的換向信號。它的存在給直流無刷電機的應用帶來很多不便：首先，位置傳感器會增加電機的體積和成本；其次，連線眾多的位置傳感器會降低電機運行的可靠性，即便是現在應用最為廣泛的霍爾傳感器，也存在一定程度的磁不敏感區；再次，在某些惡劣的工作環境中，如在密封的空調壓縮機中，由于制冷劑的強腐蝕性，常規的位置傳感器根本就無法使用；此外，傳感器的安裝精度還會影響電機的運行性能，增加生產的工藝難度。針對位置傳感器所帶來的種種不利影響，近一二十年來，永磁無刷直流電機的無位置傳感器控制一直是國內外較為熱門的研究課題。從20世紀70年代末開始，截至目前為止，永磁無刷直流電機的無位置傳感器控制已大致經歷了3個發展階段，針對不同的電機性能和應用場合出現了不同的控制理論和實現方法，如反電勢法、續流二極管法、電感法等。
所謂的無位置傳感器控制，正確的理解應該是無機械的位置傳感器控制，在電機運轉的過程中，作為逆變橋功率器件換向導通時序的轉子位置信號仍然是需要的，只不過這種信號不再由位置傳感器來提供，而應該由新的位置信號檢測措施來代替，即以提高電路和控制的復雜性來降低電機的復雜性。所以，目前永磁無刷直流電機無位置傳感器控制研究的核心和關鍵就是架構一轉子位置信號檢測線路，從軟硬件兩個方面來間接獲得可靠的轉子位置信號，借以觸發導通相應的功率器件，驅動電機運轉。

1 傳統反電動勢檢測方法
無刷直流電機中，受定子繞組產生的合成磁場的作用，轉子沿著一定的方向轉動。電機定子上放有電樞繞組，因此，轉子一旦旋轉就會在空間形成導體切割磁力線的情況。根據電磁感應定律可知，導體切割磁力線會在導體中產生感應電熱。所以，在轉子旋轉的時候就會在定子繞組中產生感應電勢，即運動電勢，一般稱為反電動勢或反電勢。
1．1 傳統反電動勢檢測的原理
具有梯形反電動勢波形的三相無刷直流電機主電路，對于某一相繞組(假設A相)，其導通時刻的基本電路原理圖如圖1所示。

1．2 反電動勢的推導
無刷直流電機的三相端電壓方程：