无刷直流电机相序测定实用方法

摘 要：无刷直流电机控制系统中采用电子换相，换相逻辑信号通常取决于位置传感器信号。针对无刷直流电机位置传感器的相序测定方法进行了研究,分析了无刷直流电机的运行原理和结构特征,阐述了无刷直流电机的控制方法，提出了一种测定无刷直流电机相序的有效方法。通过理论分析了该方法的可行性，实验证明此方法可以快速有效地确定无刷直流电机的相序关系。

关键词：位置传感器；相序；无刷直流电机；反电动势

中图分类号：TM34 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1711703

Practical Method of Determining Phase-sequence of Brushless DC Motor

XU Jiaqun,ZONG Lizhi,DUAN Jianmin,ZHAO Ya

(College of Electronic Information and Control Engineering,Beijing University of Technology,Beijing,100022,China)

Abstract：The control system of Brushless DC Motor(BDCM) adopt electron exchange phase logic.It is dependent on the signal of position sensors.The method of determining phase-sequence of the BLDC motor is discussed.The operating principle and structures of BDCM are analyzed firstly.Then the control method is illustrated,and a practical method of determining phase-sequence of BDCM is introduced at the same time.Based on the theoretical analysis and the experimental result,it is shown that phase sequence of BDCM can be determined fast and effectively with the method.

Keywords：position sensor;phase-sequence;brushless DC motor;back-EMF

1 引 言

无刷直流电机采用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直流电机类似的机械特性,其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋转磁场驱动转子转动。由于转子采用了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、重量轻、结构简单的特点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。快速有效地确定位置传感器和绕组间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。

文献［1］介绍了无刷直流电机相序故障自恢复的方法，此种方法相应增加了软件的复杂性。文献［2］介绍了一种非数字量输出的位置传感器相序测定方法，但需要对各相电压进行测量。文献［3］采用通电试验的方法测定无刷直流电机的相序关系，但将转子转动到某一固定状态对于极对数较多的无刷直流电机相对困难，给两相绕组通电的过程也需要注意绕组电流大小。

本文通过对三相无刷直流电机传感器位置、输出信号与绕组电动势间的关系进行分析，提出了一种测定其相序的有效方法。

2 无刷直流电机基本控制方法

无刷直流电机的转子磁钢呈瓦片形，磁极与定子绕组间气隙均匀，气隙磁场呈梯形分布

［4］ 。定子绕组感应电动势波形为梯形波。

无刷直流电机定子绕组通常采用三相星形接法，需要应用三相全桥控制电路，其驱动控制系统结构如图1所示。

图1 无刷直流电机驱动系统结构由V1~V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。由于两两导通方式提供了更大的电磁转矩而被广泛采用［1］。在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期即60°电角度换相一次，每只功率管持续导通120°电角度，对应每相绕组持续导通120°，在此期间相电流方向保持不变。为保证产生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转子磁场保持垂直。由于采用换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°~120°相对垂直的范围区间。

功率管的换相信号需要从位置传感器的状态得出，换相时刻也就是霍尔传感器的信号状态改变的时刻。因此霍尔传感器和三相绕组对应关系的确定对于电机的正确运行非常重要。

3 相序测定的实用方法

3.1 位置传感器安装方式

位置传感器在无刷直流电机控制系统中起着非常重要的作用。它用于检测转子磁极的位置，为开关电路提供正确的换相信息。

无刷直流电机常用的位置传感器是霍尔传感器，霍尔元件数通常与绕组相数相等，转子磁钢作为霍尔元件的励磁磁场磁极［5］。

为了产生正确的换向信号，霍尔传感器安装位置有一定要求，通常有120°安装和60°安装两种方式，如图2所示。

图2 霍尔传感器安装位置示意图以霍尔传感器安装方式为120°为例，位置传感器输出波形、电机定子绕组通电电流和反电动势相位关系如图3所示。

以位置传感器的信号状态区分，将无刷直流电机的运行状态分割为6个状态。各功率管导通区间如图3所示。

两种位置传感器安装方式在本质上是相同的，在电机旋转过程中，都将360°电角度分割为6种状态，其中60°安装方式可以认为是将120°安装时的一个霍尔元件反转180°安装，各元件换相时刻均相同。在换相控制中，将三个霍尔传感器的输出信号状态的组合作为状态控制变量，例如在图3所示的第一个运行区间内状态控制变量为H1 H2 H3 (101)。在不同安装方式下各霍尔元件产生不一样的状态控制变量。在120°安装下，3个位置传感器信号组成的控制变量为001-110。60°安装状况下，将出现000和111的状态变量，而缺失中间的两个状态,因而他们的换相控制表是有区别的。通过观察霍尔传感器是否出现111和000的状态就可以判定霍尔传感器是哪种安装方式。

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