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  文章标题:无位置检测器无刷直流电机自寻****点切换法
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作者:vivan2254  发表时间:2010-4-15 10:23:54
无位置检测器无刷直流电机自寻****点切换法
郝晓辉  (清华大学北京100084)
刘昌旭  (西北工业大学)
 
 
    【摘  要】提出一种新颖的自寻****点切换法,解决了反电势换向运行的无位置检测器无刷直流电机控制中存在的由起动段外同步运行到反电势换向自同步运行的切换过程容易失步的问题。成功地把它运用于研制的样机中。
    【叙  词】/自寻****点切换法/无位置检测器无刷直流电动机/切换
引 
    反电势换向运行的无刷直流电机近年发展很快,在许多方面获得了广泛的应用。此类电机运行控制中一直存在一个不易解决的问题,它产生于这种电机固有的运行过程。
    对于反电势换向运行的电机,它是依据定子绕组中的感应电势与转子位置有确定关系这一原理工作的[1]。感应电势的幅值与电机转速成正比。当电机静止或转速较低时,反电势为零或较弱,无法被检测出用以确定转子磁极的空间位置,也就不能用于反电势换流。这时就需要人为地给电机施加由低频到高频不断加速的外同步切换信号,使电机以外同步方式由静止逐步加速转动。
    当电机反电动势随着转速的升高达到一定值时,通过端电压检测已经能够确知电机转子的位置。这时即通过计算机将电机由外同步运行方式转换为无刷电机的自同步运行万式。
    电机由外同步变频加速运行方式到自同步运行方式间有一转换过程。国内这种电机一般以一变频振荡器产生变频加速同步切换脉冲,以定时控制电路控制电机从外同步运行状态切换到自同步开环或闭环运行状态。也就是说其切换方式都是当电机转速达到某一速度时由硬件电路关断外同步信号,立即转入反电动势控制运行阶段。如文献2、3中的电机都是采用这种方式进行切换。
    然而,当反电势控制的换向信号与计算机产生的外同步驱动信号间相位相差过大时,这一切换过程就会出现问题,导致电机失步,进而停转。目前国内采用的解决办法有二:
    (1)通过多次调试确定电机****切换速度。
    (2)由于许多被控电机转动惯量较大,故一二次失步影响不大,其惯性使电机仍可以顺利运行下去。
    这些解决办法不能够确切地掌握外同步到自同步的切换点,都属粗放性控制方法。即使能避免失步,也必然会导致切换时电机转矩很小,易受干扰。并且这种方法需要多次测量,会带来繁重的工作量。
自寻****点切换法
2.1方法引入
    针对反电势换向运行的无位置检测器无刷直流电机中存在的这一问题,为了使电机切换时不致因外同步信号与自同步信号间相位相差过大而导致失步现象发生;确保切换瞬间转矩不致过小而难以抗负载扰动;尽量减少调试工作量;提出一种独特的自寻****点切换法。
    这一方法的应用基础是电机运行过程应全部由软件控制。笔者研制了一台用于医疗牙钻的无位置检测器无刷直流电机系统。该系统以8098单片机为核心,辅以必要的电机功率驱动、反电势检测、过流保护等电路,以******的硬件完成了该电机全部性能指标要求。电机所有运行过程的控制均由软件完成。起动道程中外同步变频加速信号由计算机根据一延时表格提供,反电势自同步运行过程中,整形后的反电势过零信号的读入、处理及反电势换向信号的产生和输出由计算机按一定的算法实现。在全数字控制的基础上,成功地实现了自寻****点切换方法,保证了电机切换过程的顺利完成,经千次以上实验验证,从未出现失步现象。
2.2反电势换向的实现
    反电势控制的换向信号产生原理:研制的系统中电机功率较小,故采用一相导通星形三相三状态的半桥驱动方式。反电势信号由三相绕组端部取出,经分压、滤波、整形、隔离后送给8098单片机。8098根据反电势过零信号延迟30。对应的上跳沿决定三相导通后,立即将三相绕组开通信号送出,经驱动电路控制相应绕组馈电,从而实现反电势换向。三相反电势信号与对应的绕通信号间关系如图1所示。
   
对于单相,绕组工作波形见图2。
    
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