基于脉冲注入法实现的无刷直流电机½子½½检测
摘要：
本文提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时½子½½的方法。
基
于方法依次向定子绕组注入一系列的脉冲，
通过脉冲电流的变化对½子½½进行估算。
实验
结果表明：该方法不½具有较高的½½检测准确性，同时对电机的参数依赖性½，可以省去
电机内部的检测元件，又可以应用到其它电机。
关键词：无刷直流电机 ½子½½ 脉冲注入 识别
Abstract
This paper presents a method to detect the rotor position of Permanent Magnet motors at standstill
by using a suitable sequence of voltage pulses. Based on this method， a suitable sequence of
voltage pulses is applied to the stator windings. We can estimate the magnets position by the
current variation of the pulses. The obtained results show that this method is not only efficient but
also need bit of motor parameters， it can omit motor internal examination parts and may be used
on other type of motors.
Key words: BLDCM Rotor position Pulses injection Recognition
引言
近年来，
由于无½½传感器无刷直流电
机(BLDCM)具有调速特性½、无换向火花、
无无线电干扰、
效率高、
寿½长、
运行可靠、
维护简便等优点，其应用越来越广泛。检测
电机½子½½是无刷直流电机研究的一个
重要课题。½子½½的不确定，将直接导致
电机起动失败或短暂反½。目前，无刷直流
电机的起动方法有硬件起动和½件起动。
½
是硬件起动方式的最大缺点就是附加的起
动电路加大了电机的尺寸，
而且对电机的可
靠性也有所降½。
½件起动方式中的预定½
起动，需要先把½子驱动到某一特定½½，
【1】
停止摆动后再对½子驱动 。由于½子的
惯性，会½驱动时间变长。本文提出了一种
在½子静止时检测电机的方法。
永磁电机中½子的½½不同，
电机的磁
场分布不同，
对定子中各相电流的½响也不
【2】
同 ，½者就是利用定子中电流的变化，通
过向定子中发送一系列的电流脉冲，
根据测
量得到的电流峰值来判断½子的½½。
本文
简要介绍了其工½原理，
对在静止状态下检
测½子½½进行了实验，
验证了方法的可靠
性和可行性。
该方法不仅适用于无刷直流电
机，
对永磁同步电机以及其它永磁电机也有
效，并且对电机的参数没有特殊要求。
1.
基本原理
永磁电机的示意图如图
1
所示：
½子中心线
A相中心线
½子中心线
A相中心线
C
B
N
C
B
N
A
A
A
A
S
B
C
S
B
C
正相电流时
负相电流时
图
1
基本原理
以
A
相为例，其内部磁场(
A
)由永磁
½
PM
的磁场(
AM
)和定子电流磁场(
Ai
)
两个效果叠加的。
A
½
AM
Ai
(1)
如果相电流再高一些，磁路将饱和，并
且绕组的自感应系数变小。
如果改变电流的
方向，则总磁通就变为：
A
½
AM
Ai
(2)
这样，磁通将退出饱和，绕组的自感应系数
将变高。正电压脉冲½用，数字控制器通过
电流传感器不断对电流进行A/D 变换，
½检
【3】
测脉冲结束时，得到一个峰值电流 。然后
再发出一个负电压脉冲，
检测得到负的相电
流峰值。
比较两个被放大后的电流值可以得
到一个电流差
△
i
A
½
i
A
1
i
A
2
(3)
图
1
状态下各相的测试电流示意图如下所
示，由于
B，C
两相的½½相对与磁铁中心
½对称，所以它们的电流差应该大小相等。
由于
A
相此时所产生的磁场与磁铁刚½一
致正反电流所受到磁场的½响也是最大的，
产生的电流差理论上也是最大的。
到其它相的电流差。
i
h
+
V
DC
VT
1
VT
3
VT
5
i
A1
i
B1
i
C2
-
-i
A2
VT
4
VT
6
VT
2
-i
C1
-i
B2
i
检测
驱动模块
计时
器
PWM
单元
t
T
比较
逻辑
图
2
电流示意图
同理，在其它相上，可以得到：
比较寄
存器
A/D½
换模块
TMS3202407
放大
电路
△
i
A
½
i
A
1
i
A
2
△
i
B
½
i
B
1
i
B
2
△
i
C
½
i
C
1
i
C
2
如下图
3
所示为图
1
状态下的电流差示意
图。
A
相
中
心
½
(4)
i
A
i
B
i
B
r
0
30
30
90
120
180
270
度
扇
1
2
3
4
5
6
区
图
4
检测电路
本实验用到
DSP
的两个模块。首先由时事
件管理模块
A(EVA)发出 PWM
信号，从电
机出来的电流信号经过模数½换块(ADC)，
采到电流差值后，
与已有值比较判断½子½
½。
3.
实验方法
本实验采用的是雅合全公司生产的
70ZWN24-30
型号电机，它是一有内部传感
器的无刷直流电机，
因此电机½子的精确½
½可以由传感器获得，
进而可以和本实验所
得值进行比较。其参数如表
2：
表
2
电机参数
相
数
极
数
额定电
压(V)
额定电
流(A)
额定功
率(W)
额定½速
(½/分)
图
3
电流差和½子½½关系示意图
【2】
综合分析所有三相的电流差 ，
可以检测到
½子的½½。
设电流差值随着½子½½连续
【4】
的变化
(设为正弦地变化如图 3
所示)，
根
据它们的组合可以测定½子的绝对½½。
2.
系统硬件电路构成
本系统是基于
TI
公司的
DSP320LF2407A
设
计的。如前所述，可按表
1
的顺序给出电流
脉冲。
表
1
给定时序
1
2
3
4
5
6
+
_
_
+
_
+
VT
1
VT
2
VT
3
VT
4
VT
5
4
24
1.9
30
2450
传感器在电机各相上电流采样时的增
益和偏移误差也是不同的。
为了避免它带来
的问题，
½者在直流总线上安装一个分流电
阻(见图
4)。这样就具有相同的增益误差并
且没有偏移误差，得到的电流差更精确。这
种设计的优点是：
工½中的六个晶闸管中的
某个直流链路电流精确的等于相电流中的
【5】
一个或它的相反值 。
根据表
1，
可以得到：
3
i
h
1
½
k
i
h
1
i
p
+
_
_
_
+
_
+
+
+
_
+
+
+
_
_
_
_
_
+
+
_
_
+
+
+
+
+
_
_
_
i
h
2
½
k
i
h
2
i
p
(7)
这里
k
和
i
p
分别是增益和电流偏移误差，
其
中
k>0。计算电流差
△
i
h, SAMPLE
，可得：
VT
6
△
i
h
½
i
h
1
i
h
2
½
k
(i
1
i
2
)
½
k
△
i
h
(8)
因此，
在电路测量中可½出现的调整偏差是
不会对计算电流差的精度有½响的。
增益误
差对各相的电流差½是一样的，
所以就不会
对½子的判断造成½响。
为了½½
AD
½换和
PWM
波½的正确
首先由
PWM
单元给
VT1，VT2，VT6
高电
平。这样可检测得到的是某一相的正相电
流，然后加反向电流½电流强制为
0，再给
VT3，VT4，VT5
高电平，得到这一相负电
流，由式（4）得到电流差。同理，可以得
同步，提高电流采样的可靠性，PWM 波½
需要
1us
的延时。
4．实验结果
下图显示出了由上述方法得到的电流差。
实
验非常理想，结果表明，½够得到足够检测
到的电流差，
有效的证明了所提出的方法的
有效性。
可以保证电机一直在安全状态下起
动。
△i(mA)
Application Society Annual Meeting
，
New
Orleans, 1997, pp. 459-463.
[5] F. Parasiliti, R. Petrella, M Tursini, “Low
Cost Phase Current Sensing in DSP Based
ACDrives”
Proc. of the IEEE ISIE’99,
Vol. 3,
pp. 1284-1289, Bled, Slovenia, 1999.
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
½子
½½
90
180
270
360
图
6
三相电流差随½子½½变化关系
½½
误差
10
5
0
-5
-10
½子
½½
90
180
270
360
图
7
½子½½误差
5。结论
这篇论文提出了一种利用脉冲注入来检测
永磁电机½子在静止状态下½½的方法。
此
方法是利用磁铁的½½不同而引起定子电
流变化来估测½子的½½的，
½有效的避免
瞬时的反½或者起动失败，
它不仅适用于无
刷直流电机还适用于直流同步电机，
并且不
需要知道电机参数。
实验结果表明估算误差
在[-8
+9]的电角度的范围内，因此可以½电
机在安全状态下起动。
由图
7
可以看出估算
误差也是有一定规律的，要进一步减小误
差，可以对程序的算法做进一步改进。
参考文献
[1]王冉冉，
刘玉庆. 无½½传感器无刷直流电
机起动的比较与研究. 微电机
2003
年第
1
期.
[2] L. Cardoletti, A. Cassat, M. Jufer, “Indirect
Position Detection at Standstill for Brushless DC
and Step Motors”
Proc. of EPE 89,
Aachen,
1989, pp. 1219-1222.
[3]
邓灿，
张森林 一种新的无刷直流电机起动
方法 微电机
2002
第6期
[4] P. B. Schmidt, M. L. Gasperi, G. Ray, A. H.
Wijenayake, “Initial Rotor Angle Detection of
Non-Salient
Pole
Permanent
Magnet
Synchronous Machine”
Proc. IEEE Industry
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论