基于反电势积分补偿法的无刷直流电动机控制

    李声晋¹，马  晖²，卢  刚¹，李晓明²

(1西北工业大学，陕西西安710072；2．西安庆安制冷设备股份有限公司研究所，陕西西安710077)

    摘要：针对元位置传感器无刷直流电动机的控制要求，采用反电势积分法来获取转子位置信号，根据电机转速进行相位补偿，实现了电机的准确换相控制；采用升频升压法实现电机的起动和加速，最终切换为无位置传感器无刷工作状态。实验结果表明，系统起动正常，能够在元位置传感器状况下正常工作，已经得到了成功的应用。

    关键词：反电势积分；相位补偿；升频升压；无刷直流电动机；无位置传感器

    中图分类号：TM33  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)06—0037—03

0引言

    随着无刷直流电动机的应用日趋广泛，系统对无刷直流电动机的成本和微型化、可靠性的要求也越来越高。无位置传感器无刷直流电动机是近几年来发展比较快的一种无刷直流电动机，它省去了转子位置传感器，适用于对成本、体积有要求或者工作环境恶劣的场合，在压缩机、DVD、硬盘等多个领域得到了广泛应用^[1-3]。

    通过检测反电势信号来间接估算转子位置信号是目前研究最多、应用****泛的一种转子位置检测方法^{[4 ]}。本文提出通过将电机绕组反电势信号积分过零比较后获得转子位置信号，并采用升频升压法实现元刷直流电动机的外同步开环起动，成功地实现了无位置传感器无刷直流电动机的控制。

1反电势积分法原理

    无刷直流电动机在任意时刻总有一相绕组不导通，这时候绕组的端电压(从绕组端部到直流地之间)与相电压(从绕组端部到中心点之间)就反映出该绕组的感应电势。因大部分无刷直流电动机都没有中心点引出线，因此常用测量端电压的方法，即在相电压的基础上再加上中心点对地的电压^[5]。以反电势为梯形波的三相无刷直流电动机为例，定子绕组星形连接，设电机采用两两导通三相六状态的工作方式，电机绕组的反电势波形如图1所示。

    只要测量出三相端电压，然后由软件确定当前时刻的反电势相，计算未导通相端电压与三相端电压总和三分之一的差值即可得到未导通相的反电势值，当该差值为零时即表明检测到反电势过零点，这就是反电势过零检测法^[1]。图1中的m_x点即为反电动势过零点，其中x=1，2，3，4，5，6。当测得反电势过零点后，再延迟30^。电角度就是真实的换相点，而每两个换相时间相差60。电角度。所以，电机的换相时刻发生在反电势过零点延迟30^。+k×60^。(k=0，1，2，…)电角度的地方。

   当k=O时，反电势过零法的延迟角****为30^。电角度，当电机的转速范围较大时，由滤波电容造成的相位偏移有可能超过30^。电角度，此时反电势过零法无法直接实现换相。因此，取k=l采用相位延迟90^。电角度换相的方法。由于积分器正好满足了电流超前电压90^。电角度的要求，因此采用积分器来实现相位90^。电角度延迟功能。积分器的输出再与零电压比较后获得方波输出信号，作为换相依据，这就是反电势积分法。

    图2是本文所采用的反电势积分过零比较电路。U_A、U_B、U_c是直流变频电机的三相绕组反电势输入电压，R₁+R₂、R₃，+R₄和R₅+R₆形成星形连接，其中点电压可以看作是零电压。R₁与R₂、R₃与R₄、R₅与R₆分别构成了绕组反电势信号的分压电路，C₁、C₂和C₃并联在分压电阻的两端，起到一定的滤波作用。以A相反电势信号为例，经过分压后的反电势信号通过由运算放大器和R₇、R₈、R₉以及C₄构成的积分器，实现相移90^。积分器输出信号与零电压进行比较获得的输出就代表了转子的位置换相信息。设置比较器工作在滞回比较的方式，利用滞回电压差来消除过零点附近的干扰信号所可能诱发的错误输出信号。