無刷直流電機相序測定的實用方法
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1 引言
本文引用地址：http://www.104case.com/article/163750.htm無刷直流電機采用電子換向裝置代替了傳統直流電機的機械換向裝置，又具有與直流電機類似的機械特性，其磁鋼置于轉子上，通過不斷地變換定子繞組通電方式產生旋轉磁場驅動轉子轉動。由于轉子采用了永磁體結構，無刷直流電機具有體積小、重量輕、結構簡單的特點。隨著電力電子技術的發展，無刷直流電機的應用越來越廣泛。快速有效地確定位置傳感器和繞組間的相序關系是實現無刷直流電機調速功能的關鍵。
文獻[1]介紹了無刷直流電機相序故障自恢復的方法，此種方法相應增加了軟件的復雜性。文獻[2]介紹了一種非數字量輸出的位置傳感器相序測定方法，但需要對各相電壓進行測量。文獻[3]采用通電試驗的方法測定無刷直流電機的相序關系，但將轉子轉動到某一固定狀態對于極對數較多的無刷直流電機相對困難，給兩相繞組通電的過程也需要注意繞組電流大小。
本文通過對三相無刷直流電機傳感器位置、輸出信號與繞組電動勢間的關系進行分析，提出了一種測定其相序的有效方法。
2 無刷直流電機基本控制方法
無刷直流電機的轉子磁鋼呈瓦片形，磁極與定子繞組間氣隙均勻，氣隙磁場呈梯形分布。定子繞組感應電動勢波形為梯形波。
無刷直流電機定子繞組通常采用三相星形接法，需要應用三相全橋控制電路，其驅動控制系統結構如圖1所示。
由V1～V6六只功率管構成的驅動全橋可以控制繞組的通電狀態。按照功率管的通電方式，可以分為兩兩導通和三三導通兩種控制方式。由于兩兩導通方式提供了更大的電磁轉矩而被廣泛采用。在兩兩導通方式下，每一瞬間有兩個功率管導通，每隔1／6周期即60°電角度換相一次，每只功率管持續導通120°電角度，對應每相繞組持續導通120°，在此期間相電流方向保持不變。為保證產生最大的電磁轉矩，通常需要使繞組合成磁場與轉子磁場保持垂直。由于采用換相控制方式，其定子繞組產生的是跳變的磁場，使得該磁場與轉子磁場的位置保持在60°～120°相對垂直的范圍區間。
功率管的換相信號需要從位置傳感器的狀態得出，換相時刻也就是霍爾傳感器的信號狀態改變的時刻。因此霍爾傳感器和三相繞組對應關系的確定對于電機的正確運行非常重要。
3 相序測定的實用方法
3.1 位置傳感器安裝方式
位置傳感器在無刷直流電機控制系統中起著非常重要的作用。它用于檢測轉子磁極的位置，為開關電路提供正確的換相信息。
無刷直流電機常用的位置傳感器是霍爾傳感器，霍爾元件數通常與繞組相數相等，轉子磁鋼作為霍爾元件的勵磁磁場磁極。
為了產生正確的換向信號，霍爾傳感器安裝位置有一定要求，通常有120°安裝和60°安裝兩種方式，如圖2所示。
以霍爾傳感器安裝方式為120°為例，位置傳感器輸出波形、電機定子繞組通電電流和反電動勢相位關系如圖3所示。
以位置傳感器的信號狀態區分，將無刷直流電機的運行狀態分割為6個狀態。各功率管導通區間如圖3所示。
兩種位置傳感器安裝方式在本質上是相同的，在電機旋轉過程中，都將360°電角度分割為6種狀態，其中60°安裝方式可以認為是將120°安裝時的一個霍爾元件反轉180°安裝，各元件換相時刻均相同。在換相控制中，將三個霍爾傳感器的輸出信號狀態的組合作為狀態控制變量，例如在圖3所示的第一個運行區間內狀態控制變量為H1 H2 H3(101)。在不同安裝方式下各霍爾元件產生不一樣的狀態控制變量。在120°安裝下，3個位置傳感器信號組成的控制變量為001-110。60°安裝狀況下，將出現000和111的狀態變量，而缺失中間的兩個狀態，因而他們的換相控制表是有區別的。通過觀察霍爾傳感器是否出現111和000的狀態就可以判定霍爾傳感器是哪種安裝方式。
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