北京永光高特微電機有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
新聞詳情

一種新的無刷直流電機起動方法

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:211

摘要:針對無位置傳感器無刷直流電機的起動,文中提出一種短時檢測脈沖轉子定位起動技術:起動過程中,每次驅動電機三相繞組之前,通過6個短時檢測脈沖測得轉子的位置后,再確定相應待驅動的相序。文中在原理上和具體的細節上給予了詳細的闡述。

l  引  言

   傳統永磁無刷直流電機內部位置傳感器的存在對電機的制造及其性能帶來了不利的影響,因而無位置傳感器無刷直流電機的應用正在逐漸興起。在各種無位置傳感器無刷直流電機的控制技術中,最簡單實用的是基于反電勢檢測的方法,只要測出各相反電勢的過零點就可獲得三相電機所需的轉子6個關鍵位置信號。但當電機起動或轉速很低時,反電勢電壓為零或很小,反電勢法已不再適用。針對這個問題,人們提出了三段式起動技術來加以解決。

   三段式起動通常是按他控式同步電動機的運行狀態從靜止開始加速,直至轉速足夠大,再切換至無刷直流電機運行狀態。包括轉子定位、加速和運行狀態切換三個階段。通常三段式起動技術實現時,轉子定位是在第一步進行:讓任意兩相繞組通電,經過一定的時間后轉子將轉到一個預知的位置,在此期間,電機轉子可能會出現振蕩現象;第二步加速過程中,不再對轉子定位,但必須保證定子磁勢與轉子直軸的夾角δ≥0。若δ<0,可能導致電機不穩定、失步,最終導致起動失敗。這種三段式起動在控制實現時難度較大。

   本文采用的檢測脈沖轉子定位起動技術,盡管也分為轉子定位、加速及切換3個過程,但定位與加速的方法與通常三段式起動技術中的方法不同。在此,轉子定位時給電機的定子繞組按一定的規則施加6個短時檢測脈沖,然后成對比較相應的脈沖電流峰值,通過檢查事先定義的轉子位置代碼表,得出轉子位置及隨后加速時將需要的通電相序。加速過程中,每次當加速脈沖結束后,再一次發出6個檢測脈沖確定轉子的位置,然后再確定將要通電的相序,不斷重復檢測一加速一檢測一加速…直到電機轉速高到可以用反電勢法確定轉子的位置時為止。由于檢測脈沖

的脈寬很窄,不會對低速旋轉的電機造成大的影響。轉子定位時能保證電機轉子在起動時不產生振蕩,加速時控制簡單,易于實現。

2檢測脈沖轉子定位技術

任何帶鐵心的電感線圈中通過的電流由小到大的增加時,鐵心中的磁通將逐漸增大,最終,當所有磁疇朝向同一方向時,磁通量將不再隨著線圈中通過的電流的增加而增加,進入了飽和狀態。忽略磁滯和渦流影響后,電流、磁通的關系如圖1所示,電感L不再是一個常量,當外界磁場作用于電感時,L隨著鐵心線圈內部磁通的變化而變化。圖1中La>Lb。

 圖1  鐵心電感的磁通與線圈電流的關系

   由電機相電壓公式:  (1)

   式中相電阻R很小,如果將相電流i控制在一個較小的值以下,則R也較小,且當低速時由于Ex很小可以不計,則可以將式(1)簡化為: (2)

   當固定df、Ux后,則L與di成反比,電感L越大,則電流的變化di就越小。

   因為永磁體(在這指轉子)對帶鐵心的電感線圈(在此指定子)在宏觀上具有增磁或去磁作用,從而使線圈電感L減小或增大。當對定子繞組施加固定脈寬(df與Ux均固定)的檢測脈沖后,不同的檢測峰值脈沖電流對應不同的鐵心電感L,峰值電流越大,則相應的電感L越小,反之亦然。檢測脈沖轉子定位起動技術正是建立在這一原理基礎上。

3  轉子定位

   由于檢測脈沖的寬度很小,不會對電機的轉動有太大的影響,但脈沖檢測電壓的寬度是一個固定值。脈寬既不能太寬,也不能太小,太寬則造成定子磁通飽和后,電流上升的幅度太大,對電機不利;脈寬太小則峰值電流過小,同樣也不行。根據各電機的實際情況,這個檢測脈寬的寬度也不盡相同,主要通過試驗得到。在本系統中檢測脈寬時間取100μs。

   轉子定位具體步驟:

   第一步,首先將脈沖檢測電壓(如圖2a所示)加到電機的三相繞組后,數字控制器通過電流傳感器不斷對電流進行A/D變換,當檢測脈沖結束時,得到一個峰值電流IPA;然后將脈沖電壓(如圖2b所示)接到電機三相繞組,重復上一步,當脈寬時間定時到后,可以得到另一個峰值電流I′PA。

   假設轉子的位置如圖2a所示,當如圖2a將電壓接到電機上(A相單獨接電源的正極或地,而B、C兩相相連后接地或正極,為表述方便,在此將其簡稱為A相通電,下同),轉子磁勢與繞組電流所產生的定子合成磁勢之間的夾角θ大于90°,轉子磁勢將對定子磁勢產生去磁作用,設此時鐵心電感的電感量為L0,得到峰值電流,IPA同理,當如圖2b將電壓接到電機上時,夾角θ小于90°,轉子磁勢將對定子合成磁勢產生增磁作用,設此時鐵心電感的電感量為L1得到峰值電流I′PA。由于峰值電流,IPA小于I′PA所以可知L0大于L,進一步逆推回去,就能將轉子的位置確定在80°的范圍以內,如圖2c中陰影部分所示。

    圖2 A市日通電轉于定位

   第二步,僅僅將轉子的位置確定在180°的范圍內還不滿足要求。為了進一步的更精確地確定轉子的位置,只需按上一段的方法重新對相繞組通電2次。所不同的是,上次是B、C兩相同時接地或同時接驅動電源的正極,這次A、B兩相相連,同時接正或地,其余方法同上,簡稱B相通電。最終通過判斷IPc和I′PA,就可以將轉子的位置確定在新的180°范圍以內,將這次的結果與圖2c畫在同一張圖上,就得到圖3a。

   從圖3中可見,轉子的位置已經被確定在120°范圍以內。當然如果上一步就讓A、C兩相同時接地或電源正極,那么就已經可以確定轉子的位置,如圖3b所示。但是由于在實際應用過程中事先無法確定轉子的位置,所以必須進行第三步檢測。

   圖3 c相通電轉子定位

   第三步,原理同上,但這次讓A、C同時接地或電源正極,B相單獨接正極或地,簡稱C相通電。從而轉子的位置將被定位在60°的范圍以內。如圖4所不,二個半圓的重疊區域就是最終定位出來的轉子的位置。采用兩兩通電方式時,當轉子的位置被定位在60°的范圍以內后,應該哪兩相繞組通電就很容易確定了。

    圖4C相通電轉子定位

在具體實現時,把每次檢測得到的一對電流峰值IPX與I′Px進行比較,若IPx大于I′Px,則定義一個位置代碼“1”,反之為“0”。這樣經三步檢測可得3個位置代碼。如果定義順時針方向為電機正轉方向,主電路如圖5所示,那么可以得換相表表1。轉子的位置是任意的,轉子磁勢的方向有可能正好處于某一個邊界線上,由表1可知,這種狀態其實對換相并沒有影響,只需將它歸入某一預先定義好的驅動狀態即可。具體實現時對不同的系統、不同的轉向及繞組中檢測脈沖所施加的順序不同表內的值也將不同。本文中設脈沖的順序為:A→BC、BC→A、B→AC、AC→B、C→AB、AB→C。例如A—BC表示+V接A相,BC兩相接地,功率管關斷時應先阻斷A相的管子,而B、C相的兩個管子繼續導通,讓其與某一續流二極管一起續流,其余類推。

 圖5  系統主控驅動電路

表1  換相表(轉子順時針方向旋轉)

4   加速與切換

   確定了轉子的位置后,根據表1中的位置代碼,控制軟件通過簡單的查表法立刻知道接著該給哪兩相繞組通電。從靜止狀態加速起動時,對不同的系統,電機繞組的初始通電時間Tint的選取也不盡相同,在此取20ms。當Tint電定時結束后,接著重復1次轉子位置檢測定位過程,得到下一時刻轉子的位置,如果前后2次所測得的轉子位置相同則繞組通電時間Tint不變,如果連續3次轉子都順序地轉到了相應的位置,不失步也不跳過下一步,則將Tint減少lms,以適應轉速增加后亦能迅速準確的保證定位和換相的進行。在整個加速過程中Tint將逐漸減小,最小值取

10ms。這種方法在DSP控制器上,通過軟件很容易實現。隨著轉速的升高,Tint與發6個脈沖檢測轉子的位置所花的時間之比越來越小,顯然,對于高速時,用此法檢測轉子的位置已不合適。當升到某個轉速以上,已經可以通過反電勢法檢測轉子的位置后,就不需要再用這種方法檢測轉子的位置而切換到反電勢法,通過反電勢法就可以完成速度控制任務。

5  結  論

   本文中的轉子定位起動技術通過6個短時脈沖來檢測轉子的位置,并以此為基礎進一步驅動功率管達到定位與加速起動的目的,實現起來簡單方便,有一定的推廣價值。若將控制系統中使用的DSP——TMS320F240改為TMS320F2407或TMS320F2812,將會取得更好的效果,因為后者的AD變換為200~500ns,運算速度也較F240快的多。

   值得指出的是,文中的所有結論是建立在鐵心電感磁飽和性質基礎之上的,如果無刷直流電機的定子繞組不是鐵心線圈,比如是空心線圈或電機轉子本身是一個標準的圓柱狀永磁體,則以上方法的可靠性將降低。因為這樣很難從6個電流脈沖峰值中準確區分出大小,其余更好的起動方法值得進一步的研究。

聯系方式
 
 
 工作時間
周一至周五 :8:00-17:00
 聯系方式
于海騰:010-83971821
姜宇:010-83510840
周圍:010-61402950
gogo西西人体大尺寸大胆高清| 免费国产线观看免费观看| 黄 色 成 年 人免费观看| 私人情侣网站| 小SAO货都湿掉了高H奶头好硬| 337p日本欧洲亚洲大胆色噜噜| 风流老太婆大bbwbbwhd视频|