吕鲁莹，陈敏祥（浙江大学，浙江杭州310027）

     摘要：介绍了几种无位置传感器无刷直流电动机的转子位置信号检测方法的新趋势，并论述了它们的基本原理、实现方法、优缺点和改进策略。

     关键词：无位置传感器；无刷直流电动机；位置检测

     中图分类号：tm30  文献标识码ja  文章编号：1004 -7018 (2008) 09 -0056 -04

0引言

    无刷直流电动机具有调速性能好、效率高、起动转矩大、控制方法灵活多变等诸多优点，故其应用范围遍及各个领域，并且日趋广泛【1】。但是传统的无刷直流电动机采用附加的位置传感器检测转子位置，不仅增加了成本和电机结构的复杂性，而且在某些高温、高压或者强腐蚀性环境中，位置传感器会降低系统的可靠性或者根本无法安装。因此，实现无位置感器的无刷直流电动机控制成为近年来无刷直流电动机发展的重要方向之。

    目前，大多数无刷直流电动机无位置传感器控制都采用反电势检测法和开环起动技术（又称三段式起动法）。反电势法【2】是迄今为止最成熟、最常见的转子位置信号检测方法，在应用上具体地可分为三种：反电势过零点法、反电势积分及参考电压比较法、反电势积分及锁相环法。由于厦电势幅值与电机转速成正比，因此反电势法都不适合于低速范围。而目前广泛采用的开环起动技术，它的成功实现与负载转矩、电机参数、外施电压、加速曲线等诸多因素有关，如果控制不当，很容易导致电机失步甚至起动失败。如今．随着磁性材料、电力电子器件和控制技术的发展，针对不同的性能需求和使用场合（尤其是在无刷直流电动机的起动和低速运行范围），人们已经提出了诸多新型的无位置传感器控制方法。本文详细介绍r目前研究较多的几种控制

    定子绕组电感法是近年来无刷直流电动机无位置传感器控制研究的热门方向之一。当转子处于不同的位置时，转子磁场在定子绕组中产生的磁链不同，从而定子绕组的电感值也不同。根据这一性质，可通过检测电感的变化来判断转子的位置。定子绕组电感法****的优点是，即使在零速没有反电势时也能有效地检测出转子位置：

    早期的文献[3]针对绕组星型接法的内嵌式(ipm)直流无刷电机提出了电感测量法。当两相绕组电感量相等时刻即对应于反电势过零点，此时绕组中性点电位为直流侧中点电压。文中对空调压缩机进行了实验，尽管低速时反电动势很小，但中性点电位代表了位置信息，调速范围可达到500 -7 500r／min．

    后两年，普适性较强、较为成熟的定子绕组电感法（即该方法对电机转子结构无特殊要求）是根据定子铁心非线性磁化特性，即靠近转子永磁极的定子能被强烈磁化[4-6]。由于定子存在铁心磁饱和现象，所以靠近磁极的定子绕组按照顺磁方向电流的变化率大于逆磁方向的电流变化率。转子不同位置时，通过pwm变换器给定子绕组在固定的时间内加恒定的电压矢量，则流过定子绕组的电流值不同，通过比较其电流值的大小可以确定转子磁极的位置。定子绕组电感法检测转子位置分为两个阶段：一是位置的初步估计；二是位置的精确估计。如图l所示，建立d-q坐标轴平面，其中d轴方法的基本原理、应用场合、优缺点及改进策略。是转子n极位于相应的定子绕组的轴线时的相对位置，此时对应定子绕组电感值最小。主电路中三对桥臂分别设为开关函数，利用矢量的概念把主电路对应的八种通断状态用矢量表示，根据实际情况，图中只给出了六种通断状态的矢量表示。

     电机起动时，把一对大小相同、方向相反的电压矢量在采样时间r分别加在对应相定子绕组上，通过对主电路中直流环电流值的采样、保存、比较后得出结果。在位置估计的第二阶段，把包含在d轴右半坐标平面的一对电压矢量在t内分别加在对应相定子绕组上。对直流环的电流值采样、保存，并且与前面获得的电流采样值比较，从而可以进一步确定转子位置。例如，第一阶段，在电机上分别加电压矢量v₁与v₄，通过对直流环的电流值采样后分别得到i₁与i₄比较、i₁与i₄的大小，可以把d轴（转子磁极北极）位置初步确定在180度电角度范围内。第二阶段，把电压矢量v₂与v₆在t内分别加在对应的定子绕组上，在导通时期的最后时刻对直流环电流i2