【正文】 通，C 相繞組未導通，未導通相繞組的電流為零，則端電壓方程如下： （） （） （） 可以看出，未導通相繞組端電壓等于中性點電壓的時刻，就是未導通相繞組反電勢過零點的時刻。最常用的是將端電壓經(jīng)過低通濾波，然后與由 3 個星形連接的對稱電阻構(gòu)成的虛擬中性點進行比較，得到具有移相 90186。定子結(jié)構(gòu)與普通的同步電機及異步電機相同，鐵心中嵌放對稱多相繞組，繞組可結(jié)成星形或三角形；轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)。電角度。在換相過程中，定子繞組電流在空間內(nèi)所形成的合成磁場不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場，而是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，每個步進角度為 60 176。轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)過30186。同時，假設三相定子繞組電流從 A 、 B、C流入，x、 y 、z流出，符合右手螺旋定則的磁場方向為正。電角度換相一次，每次一個功率管換相，每個功率管通電 180 176。 三相星形繞組的無刷直流電動機與167。 無刷直流電動機處于有位置傳感器工作方式時，轉(zhuǎn)子位置信息由傳感器提供，傳感器的種類和組成在167。 本論文所使用的樣機為內(nèi)轉(zhuǎn)子型無刷直流電動機，轉(zhuǎn)子磁鋼使用表面貼裝方式安裝，磁鋼采用稀土永磁材料，定子繞組為三相星形連接。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)子位置信號依一定規(guī)律變化,從而改變電樞繞組的通電狀態(tài),實現(xiàn)無刷直流電動機的機電能量轉(zhuǎn)換。因此如何更好地解決換相以及從理論上認清換相電磁過程對無刷直流電機的控制是十分重要的。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡對無刷直流電機進行控制，不要求預知精確的系統(tǒng)參數(shù)，而且能取得很好的控制效果[23]。這種位置估計方法依賴于電流檢測的精度，電機運行范圍較小[1617]。 轉(zhuǎn)子位置估計方法綜述 由于無刷直流電機的運行并不需要連續(xù)的位置信號，只需得到所需換相時刻即可，根據(jù)這個信息來控制功率逆變器，從而完成無刷直流電機的換相控制。早在1917 年，Bolgior 就提出了用整流管取代直流有刷電機的機械電刷，從而誕生了無刷直流電機的基本思想。數(shù)字化控制技術(shù)使得電機控制所需的復雜算法得以實現(xiàn)，大大簡化了硬件設計，降低了成本，提高了精度。帶位置傳感器有其自身不可避免的許多缺點，如增加了電機的體積與成本，可靠性差，傳感器的輸出信號易受到干擾，傳感器的安裝精度對電機的運行性能影響很大，相對增加了生產(chǎn)工藝的難度。② 電機采用永磁體代替勵磁線圈，結(jié)構(gòu)大為簡化。 本論文首先介紹了多種主流的無位置傳感器的位置檢測方法。采用無位置傳感器控制技術(shù)，不但可以克服位置傳感器的諸多弊端，而且能進一步拓寬無刷直流電機的應用領域。本論文設計了控制系統(tǒng)的總體方案，并介紹了其中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。尤其適合工作在高溫、冷凍、有腐蝕物質(zhì)、空氣污濁等環(huán)境及振動、高速運行等條件下。在很多特殊場合，比如空調(diào)中的壓縮機電機，由于工作環(huán)境差，必須采用無位置傳感器的方式。而且我國是世界最大的稀土資源大國，稀土永磁材料和永磁電機的科研水平已達到了國際先進水平，所以無刷直流電機的發(fā)展對我國來說，更是具有重大的意義[2]。 在無刷直流電機發(fā)展的早期，由于當時大功率開關(guān)器件處于初級發(fā)展階段，加上永磁材料的驅(qū)動控制技術(shù)的制約，使得無刷直流電機自發(fā)明以來的一個很長時期內(nèi)性能都不理想，只能停留在實驗室階段，無法推廣使用。 電壓法主要有反電動勢法、反電動勢三次諧波法和續(xù)流二極管法。但電機轉(zhuǎn)子磁鏈不能直接檢測得到。通過對電機端電壓和相電流進行網(wǎng)絡映射，估計出電機換相信號，不需預知電機的精確參數(shù)，具有較寬的調(diào)速范圍。文獻[3133]對無刷直流電機無位置傳感器驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置檢測誤差進行了分析，提出誤差對轉(zhuǎn)矩及效率所產(chǎn)生的影響，但并未對由于轉(zhuǎn)子位置檢測誤差引起的換相問題作深入分析。 無刷直流電動機的組成 無刷直流電動機是一種自控變頻的永磁同步電動機,就其基本組成結(jié)構(gòu)而言,主要是由電動機本體(永磁同步電動機)、轉(zhuǎn)子位置檢測電路和電子開關(guān)線路三大部分組成的“電動機系統(tǒng)”。 電子換相電路有橋式和非橋式兩種。 由位置傳感器或其它檢測電路獲得的轉(zhuǎn)子位置信號，在提供給電子換相電路使用前，需先行處理，一般不直接使用。圖 24 所示為三相全控運行電路接線原理圖。 兩兩導通方式是指任一時刻（換相瞬間除外）只有兩相繞組導通，每 60176。 結(jié)合圖 24 和圖 25，下面對無刷直流電動機的換相過程進行分析。電角度到達位置時，此時的懸空相 A 相繞組的反電勢為零。 無刷直流電動機中，受定子繞組合成磁場的作用，轉(zhuǎn)子沿著一定的方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。電角度的方波電流。 永磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通，加上電壓的定子線圈產(chǎn)生電磁極。針對這種不足，有學者提出了一種不用低通濾波器，而在 PWM 關(guān)斷時刻檢測未導通相繞組反電動勢過零點的新策略(以下簡稱方法 2)。 由于在任意時間定子繞組中只有兩相電流時，這兩相電流方向相反且第三相電流為 0。 ① 濾波電路移相引起轉(zhuǎn)子位置誤差 若采用無源或有源濾波器來消除端電壓信號中的干擾信號，會不可避免地導致濾波后得到的反電勢信號產(chǎn)生移相，且移相角度會隨反電勢頻率的變化而改變，如果仍以延遲 30176。兩兩通電方式的無刷直流電機，直接利用電機本身的相變量來建立其數(shù)學模型。即 G1 關(guān)斷、G3 開通。此時相電壓狀態(tài)方程可表示 ()當 A 相電流降為 0 時換相完成，則換相時間可由得到。 圖 換相超前 π/3 時三相繞組同時導通等效電路 Equivalent circuit of three phases conduction with mutation leading π/3 electrical radians 這里假定因轉(zhuǎn)子位置檢測誤差而產(chǎn)生的換相超前時間為，由于相電流的初始狀態(tài)與換相正常時相同，可得換相超前時各相電流瞬時值為： （）假定并且，則由可得換相超前時的換相時間為： （）當時，即換相完成后相電流初始值表示為： ()將()式代入()式，得換相完成后各相電流為： （） 分別比較()式和()式以及()式和()式可知，換相超前情況下的換相時間和相電流都比換相正常情況下要大。由前面換相超前的分析同理可得換相滯后時各相電流值為： () 其中 當時，相電流初始值可表示為： （）由式()可知，相電流的值為的函數(shù)。本章在對上述兩種轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法分析的基礎上，提出了一種轉(zhuǎn)子初始位置確定的新方法,即復合定位方法。在這種情況下可以用兩次通電定位的方法，將轉(zhuǎn)子定位到預定位置。 上述采用施加特定的兩兩導通或三三導通空間電壓矢量，可以將轉(zhuǎn)子位置拖到電壓矢量方向上，從而成功實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子預定位，但采用轉(zhuǎn)子位置預定位法最大的缺點是電機轉(zhuǎn)子不可避免地需要轉(zhuǎn)動一定角度。 它包括轉(zhuǎn)子定位、加速和運行狀態(tài)切換三個階段。因此通過先給 AB 相繞組通入足夠的脈沖數(shù)的 PWM 波，使得轉(zhuǎn)子磁場最終停在 AB 相電流確定的磁場方向上。而電流跟蹤控制具有控制模型簡單、跟蹤性能良好和響應快速的特點。基于 DSP 的無位置傳感器數(shù)字控制技術(shù)的應用，不但簡化了電機設計，增加了電機的可靠性，并進一步拓寬了無刷直流電機的應用領域，使得其應用領域幾乎可覆蓋所有電機驅(qū)動領域。相電流的峰值在換相超前或滯后情況下都要比正常情況下大，且峰值會隨著換相超前或滯后時間的增大而增大，對電機運行性能產(chǎn)生較大的影響。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!參考文獻[1] 張琛編著．直流無刷電機原理及應用（第 2 版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [2] 唐任遠．稀土永磁電機的現(xiàn)狀與未來[J]．電器工業(yè)，2003，（1）：14． [3] 冀溥，宋偉，楊玉波．無刷直流電機應用概況[J]．電機技術(shù)，2003，（4）：33－36． [4] 曾培等，人工心臟血泵驅(qū)動電機的控制研究[J]．中國生物醫(yī)學工程學報，2001，20（4）：342－345． [5] 鄭吉，王學普．無刷直流電機控制技術(shù)綜述[J]．微特電機，2002，（3）：11－13． [6] 白浩，崔建華，徐曉輝．無刷直流電機控制器研究及展望[J]．機電工程，2004，（4）：59－61． [7] 羅隆福，楊艷，方日杰．無刷直流電機中有待深入研究的主要問題[J]．微電機，2002，35（1）：15－16． [8] 呂志勇，江建中．無刷直流電機無位置傳感器控制綜述[J]．電機與控制應用，2000，27（4）：33－36． [9] 堵杰，林小玲．無位置傳感器無刷直流電機位置檢測技術(shù)的研究[J]．微特電機，2003，（2）：3－6． [10] Tae Hyung Kim，Byung Kuk Lee，M．Ehsani．Sensorless control of the BLDC motors from near zero to high speed[J]．Applied Power Electronics Conference and Exposition，2003，(1)：306－312． 29