王刚，刘景林，王立
                                      (西北工业大学自动化学院，西安710072)
     摘要：Hall位置传感器是无刷直流电机的i大组成部分之一，其作用是检测电机转子的位置，为电子开关提供正确的换相信号，它的性能直接影响着电机的运行。该文研究了Hall传感器的故障以及位置误差对尤刷电机的影响，并用Matlab建立了无刷电机的仿真模型，对其进行了仿真，最后给出了两种状态F电机的相电流和转矩波形。
　 关键词：无刷直流电机；Hall传感器；故障；位置误差；仿真
     中图分类号：TM36+1    文献标志码：A    文章编号：10。1—6848(2010)08一002I_04
O引  言
    无刷直流电机是随着电力电子技术、微型计算机及稀土永磁材料的发展而出现的一种薪型电机。因其具有结构简单、可靠性高、高效率以及优良的调速性能等优点，近年来逐渐在各个领域获得r越来越广泛的应用。无刷直流电机是由电动机本体、转子位置传感器和控制器三大部分组成的。转子位置传感器作为无刷直流电动机不可缺少的三大主要部件之一，其性能影Ⅱ向着整个系统的可靠性。如果转子位置传感器发生故障或者位置存在偏差，电机的转子位嚣就无法确定或存在误差，电机的正常换相就会受到影响。本文就Hall位置传感器发生故障以及传感器位置误差两种状态进行了分析，并采用Matlab建立了无刷直流电机的仿真模型，对上述两种情况对电机性能的影响进行了仿真。
1无刷直流电机仿真模型的建立

1.1无刷直流电机的数学模型

      假定无刷直流电机工作在二相导通星形三相六状态下(其结构如图1)，反电势波形是平顶宽度为120。电角度的梯形波，电机在工作过程中磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗，三相绕组完伞对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称，电枢绕组在定子内表面均匀连续分布{1}。

设ua、ub、uc。为定子绕组相电压；ia、ib、ic。为定子绕组相电流；ea、eb、ec。为定子绕组反电动势；r为定子绕组电阻；L为定子绕组自感；M为定子绕组两相互感；p为微分算子。三相绕组电压方程为：

2 Hall故障对电机影响的分析
    Hall传感器的作用是感知电机转子的位置信号，然后通过一定的译码逻辑，产生六个功率开关T1～T6的导通信号Ql～Q6(如图1)，使得电机能够正常的换相。表1是电机正转时的换相逻辑{1}。

1．2无刷直流电机的仿真模型
    根据上述无刷直流电机的数学模型建立无刷直流电机的仿真模型如图2所示，包括了电压平衡式模块、转矩模块、转速模块、反电势及Hall信号产生模块、逆变器模块以及逻辑换相模块。

     如果Hall传感器发生故障，则其输出信号就不随电机转子的旋转而变化，而是始终保持为逻辑高电平或低电平。这样，按照上面的译码逻辑，功率开关管的导通顺序就会发生改变，导致电机不能实现正常的换相，从而使得电机不能正常工作或性能下降。以Hall A发生故障为例进行分析。如果Ha=l，则Q2=Q3=O，T2和T3始终不导通。如果电机处于停转状态，则电机将有可能无法正常启动；如果电机正处于运行状态，则B相的正向电流将始终为零，而c相的负向电流也将始终为零，出现了缺相状态。这样，电机三相电流的波形都产生了严重的失真，从而导致电机的转矩和转速波动加大，影响电机的正常运行。同理如果Ha=O，则Q5=Q6=O，和始终不导通，则B相的负向电流将始终为零，而c相的正向电流也将始终为零，对电机的影响和Ha=l时是相同的{2}。
3 Hall的位置误差对电视影响的分析
    理想情况下，无刷直流电机的三个Hall传感器的输出信号之问相差120。电角度。而在多极电机中或者由于安装精度的原因，Hall传感器的信号就会产生一定的失真，它们之间的相位差不再是严格的电角度，而是存在一定的偏差，这样，根据前面的译码逻辑。六个功率管的导通时间就不再相同，有的功率管的导通时间长，有的导通时间短。这样，电机的电流波形产生了畸变，从而使得电机的转矩波动增加。特别是在电机的转速比较低的情况下，电机的换相周期比较长，HaIl的信号失真就会更加明显，对电机的影响也更大。