用于無刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)測(cè)量的無傳感器型控制

引言

在家用電器、供暖、通風(fēng)、空調(diào))和汽車應(yīng)用中，DC無刷電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的使用率越來越高。造成這種現(xiàn)象的原因是其所擁有的高效、可靠、緊湊、低維護(hù)等級(jí)以及低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，而這些都將轉(zhuǎn)化為成本的節(jié)省。

家用電器常常運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)，比如帶有起動(dòng)電容的AC磁阻單相電機(jī)和通用式電機(jī)。所有這些解決方案采用AC供電方式，工作速度都是恒定不變的，而且并未關(guān)注效率。

如今，客戶所提出的要求越來越多，他們渴望擁有改良型功率分配方案、更加優(yōu)越的性能以及更低的噪聲電平：傳統(tǒng)技術(shù)的局限性正日益凸顯出來。

同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)能量-效率比提出了新的更高要求，用戶在挑選家用電器時(shí)，除了產(chǎn)品的價(jià)格之外，還會(huì)對(duì)其能耗等級(jí)和噪聲電平等特征加以比較。

圖1 永磁轉(zhuǎn)子和定子

基本原理

無刷DC電機(jī)的工作原理非常簡(jiǎn)單。這種電機(jī)基于一個(gè)裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子和一個(gè)安裝了三個(gè)相距120°的繞組的定子。三相逆變器按正確的順序來驅(qū)動(dòng)繞組，并生成一個(gè)用于對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行“磁推動(dòng)”旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。逆變器根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置在繞組的6個(gè)不同的時(shí)間段里發(fā)生極化。轉(zhuǎn)子的位置可采用位置傳感器或機(jī)械式開關(guān)以不同的方式讀出，也可以采用由轉(zhuǎn)子位置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來估計(jì)。后一種方法被稱為“反向EMF”。

顯然，虛擬傳感器具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，即：免除了相關(guān)的費(fèi)用，而且，與霍爾效應(yīng)傳感器截然不同是，它不會(huì)破損。這就意味著可靠性和效率的提高以及重量和體積的減小。

但是，這種無傳感器型解決方案需要進(jìn)行更加復(fù)雜的處理，以精確估測(cè) 轉(zhuǎn)子的位置，或?qū)@組的6個(gè)起動(dòng)相位進(jìn)行正確的驅(qū)動(dòng)。

在每一轉(zhuǎn)的6相中，每次只對(duì)兩個(gè)繞組進(jìn)行供電。第三個(gè)繞組(也是唯一未被施加偏壓的繞組)正是允許讀出由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電壓以及其位置的繞組。

控制完全依賴于使定子的驅(qū)動(dòng)相位與讀出操作之間保持一個(gè)規(guī)定的恒定距離(用角度來表示)。