无刷直流电动机起动方法及其仿真
李玉忍，陈志磊
(西北工业大学，陕西西安710072)
摘要：介绍了一种适合于负载情况下，基于DSP的三相导通升频升压同步无传感器无刷直流电动机的起动方法，并进行了仿真验证，证明该方法在无刷直流电动机带载情况下，电动机起动稳定和可靠，系统运行性能良好。
关键词：无刷直流电动机；无传感器；三相导通升频升压起动；仿真
中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)06—0016—03
0前言
无传感器无刷直流电动机的起动一直是工程领域的难题，电动机转子位置信息的获取方法有多种，而通过反电动势获取转子位置信息是最简便易行的。但是无刷直流电动机在起动时，因无法检测反电动势，致使电动机起动往往失败。这里介绍由DSP控制的三相导通升频升压同步起动法，可以较好地解决这一问题[1-2]。
1三相导通升频升压同步起动法
三相导通是在两相导通的方式下增加一个导通相来提高电动机在起动时的输出转矩。通常无刷直流电动机工作在120。电角度方式，这种方式下提供的输出转矩有限，当电机重载或过载起动时，可能会因无法提供足够的输出转矩带动负载，而导致电机起动时间过长，增大损耗。为了解决这一问题，可以采用增大导通角的方法来实现三相同时导通，从而增加转矩的输出。其实现原理如下：
如图1所示，如果采用120。PWM方式，即每隔60。电角度换相一次，每个功率管的通电角度为120。，各功率管的导通顺序为GlG2，G2G3，G3G4,G4G5，G5G6，G6G1。当功率管cl和G2导通时，电流从G1流经a相绕组，再经过c相绕组和G2，最后回到电源。以流人绕组电流产生的转矩为正方向，可得合成转矩为√3T0。其余各功率管换相导通时，合成转矩大小仍为√3T0，只是方向依次旋转60。。若将各相通电相位提前为0。～30。之间，通电角度扩大到120。～180。之间时，无刷直流电动机的转矩和输出功率都会提高。
无刷直流电动机在120。通电输出不足的情况下，为了增加输出，可采用通电相位提前30。，通电角度120。+2×30。PWM方式。各功率管导通顺序为G1G2G3， G2G3c4, G3G4G5, G4G5G6,GSG6G1，G6GIG2。当0相通电相位提前30。，通电角度扩大到180。，亦即GSG6GI导通时，电流分别经过G1、a相绕组和G5、c相绕组(此n、c相绕组并联再经过b相和G6后流回电源。无刷直流电动机与直流电动机近似等效，转矩方程为T=KTφI，若忽略电枢反应，则φ为常数，又因为a、c相绕组并联，故a、c相绕组电流分别是b相的1/2，可求得合成转矩大小为1．5Tc方向与a相成60。夹角。其余各功率管换相导通时，合成转矩大小仍为1．5T0，方向依次旋转60。。120。+2 x30。PwM方式时总电流，即b相电流为120。PWM方式时的4/3倍，转矩为120。PwM方式时的2√3/3倍。无刷直流电动机的绕组电阻和电感都很小，故无刷直流电动机相对120。PwM方式时的输出功率和转速也会增加。
无传感器无刷直流电机通过增大导通角实现三相同时导通以增加转矩输出的同时，再配合升频升压同步起动方式来起动，克服了通常无刷直流电动机起动时不易检测到反电动势的缺点，无传感器无刷直流电动机能够大转矩起动。升频升压同步起动的原理是由DsP本身自带的事件管理器产生PwM波形控制逆变器。首先利用寄存器存放换相时间，开始令电机的换相频率非常小，电机进入同步状态，然后采用开环控制的方式，电机的换相频率逐渐增大，这样就使电机在同步状态下实现了变频起动。开始给无刷直流电动机的定子一个很小的电压值，然后修改比较寄存器的值，使PWM波形的脉冲宽度不断增大，这样加在定子端的等效电压就逐渐增大，从而也就实现了电机定子的逐渐升压。等到电机定子上的电压足够大时，即电机转子达到一定速度，能使系统检测到反电动势，此时就可以适时地将电机切换到反电动势检测控制的正常闭环运行状态，完成电动机的起动过程[3-4]。
2数学模型
在忽略转子影响，认为互感是常数，与转子位置无关情况下，由电机定子绕组 |
