无位置传感器无刷直流电机三段式启动技术

周沙

摘 要 在无位置传感器无刷直流电机的控制中，反电势法主要是通过检测反电势过零点来确定电机转子位置，但在电机静止或者转速很低时，不能准确检测出反电势过零点，因此经常采用三段式启动方法，本文详细介绍了三段式启动技术的原理。

关键词 无刷直流电机 反电势 三段式

中图分类号：TM33 文献标识码：A

无位置传感器无刷直流电机控制系统是无刷直流电机发展的一个重要方向。一般采用转子位置估算方法实现对转子位置的检测并用于换相。但是电机在起动过程中由于可用于检测的信号很微弱，采用常规的转子位置估算方法无法确定转子真实位置，因此对无刷直流电机无位置传感器控制的起动必须采取特殊的方法。目前经常采用的启动方法为“三段式”启动，一般来说，三段式启动包括定位、加速、切换三个过程。

1转子预定位

电机在静止状态时，并不知道电机转子所处的位置，转子的位置决定逆变器功率管的通断，因此无法确定首先导通哪两相来启动电机。电机零启动选用的方法一般是先选定电机任意两相进行通电，通电后，会产生一个合成磁场，转子会在磁场的作用下向合成磁场的轴线方向旋转，直到转子磁极与磁场轴线在同一个方向上。如图1-1所示，若给电机A相和B相通电，则定子磁势方向为F1，假设电机转子处在图中所示位置，则转子磁势方向为F2，在合成磁场的作用下，转子会顺时针旋转起来。

2外同步加速

转子初始位置确定后，就可以根据转子位置确定下一次换相应该导通的功率管，由于反电势过小无法准确检测转子位置，因此，需对电机进行加速，此过程为开环过程。每次对电机进行换相时，并不清楚转子所处的位置，只是按照预先设置好的换相顺序对功率管轮流导通。电机在速度较低时，反电势小，对应的逆变器斩波占空比也小，当速度逐渐增大时，逆变器的斩波占空比随之也应增大，这样可以保证无刷直流电机启动时不会失步。由于是开环启动，换相时转子具体位置未知，如果换相时转子位置与應换相位置相隔太远，可能引起反转和振荡导致启动失败，因此应合理设置加速曲线和控制绕组施加电压的大小，使电机每次换相时都接近最佳换相点，才能顺利加速启动。合理的加速曲线设置应该在每次换相后，电压施加时间都比前一次少，而且在低速时，电机应加速慢，到达预定位置前，速度逐渐变快。针对以上要求，所以本文设计的加速过程为：假设电机加速启动阶段的总时间为T，电机轮流导通功率管器件，第一次换相后，功率管导通时间为aT，第二次换相后，功率管导通时间为a2T，第三次为a3T……。依此类推，同时不断调整电压频率和PWM占空比，如果电机经过N次换相能达到预定的频率，即反电势过零点可以准确检测，可以通过反电势法来检测转子位置时，则电机开环加速结束，切换到闭环加速状态。

3切换

当电机旋转加速到达一定速度时，就可以通过检测反电势来确定转子位置，电机在静止或者低速状态运行时，逆变器通过选择器选择的是三段式启动方法控制。当电机由静止启动后，加速运行到具有一定速度时，通过设定选择器的阀值大小来决定是否切换。因此当反电势过零点能准确检测出时，系统切换到反电势法控制。

三段式启动技术，弥补了电机静止或者低速时线反电势法检测转子位置不适用的情况，目前已经广泛应用于电机控制技术当中。

参考文献

[1] 刘硕洋.永磁无刷直流电机回馈制动控制技术[D].湖南大学， 2013.

[2] 李自成.无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D].华中科技大学， 2010.endprint