电机驱动控制方法之无刷直流电机控制方法2——无刷直流电机的控制方法介绍
本文主要介绍了有位置传感器的BLDC控制方法和无位置传感器的BLDC控制方法

由BLDC电机的运行原理得知,当转子的位置发生改变时,逆变器功率器件也会随之相应改变其不同触发状态,这样就可以实现BLDC电机的运行。因此,准确地检测BLDC电机转子的位置,并且根据转子位置来及时地切换功率器件的触发组合状态,这无疑是控制BLDC电机正常运行的一个关键性的问题。

目前,按照有无转子位置传感器来划分,无刷直流电机的控制方法主要分为如下两大类:有位置传感器控制方式和无传感器控制方式。

1.      有位置传感器的BLDC控制方法

在有位置传感器BLDC电机控制中,通过检测位置传感器,可以得到一个3位的编码值,该编码值在1到6的范围之内。其中,每个编码值代表的就是转子当前所处的区间,从而提供了对绕组通电的信息。通过这样简单的查表操作,就可以确定要对哪些绕组通电,从而控制转子的转动。就这样,处理器只需要等待位置传感器状态的改变,然后根据三个位置传感器的输出来确定转子位置所在的区间,然后相应的对电机绕组进行换相。

图中Ha11R(HR), Ha11Y(HY)和Ha11B(HB)这三个传感器是用来检测R, Y和B三相绕组转子的位置。这里共分了六个工作区间,其中每个工作区间代表的是60度电角度。其中,数字1至6代表的是位置传感器的读数,在这里将根据这些读数,分别驱动相应的两相绕组,而此时第三相将处于不通电的状态。像这样每一相导通60度电角度,实现6种不同的激励组合,就是所谓的六拍换相方式,它为直流电机驱动提供了简单有效的一种方法。

但是,带位置传感器的控制方法具有如下缺点:

1)      传感器价格昂贵,除此之外,还会增加一定的安装以及接线的费用。

2)      位置传感器的存在自然给电机增添了一些潜在的故障因素。如果传感器发生了故障,那么电机自然也无法继续运行。

3)      在某些特定环境下,传感器的使用根本就不符合实际环境的需要。比如当压缩机或泵处在浸没的环境中,传感器就很有可能会发生故障,从而导致电机不能正常工作。

基于上述原因,在许多应用中,我们需要使用无传感器的BLDC控制。

2.      无位置传感器的BLDC控制方法

无刷直流电机的无位置传感器控制的难点就在于转子位置信号的检测。典型的方法主要有如下几种:反电动势法、电感检测法、三次谐波检测法和扩展卡尔曼滤波法等。其中,在高速时,通过三次谐波检测的方法能够准确并且快速地估计出转子的位置,然而,当电机的转速比某个值低时,这时检测到的三次谐波会发生严重的畸变,因而此时就不能准确地估计出转子的位置。电感检测法的实现是需要对绕组电感进行不断的实时检测,这样,实现难度之大必然是可想而知的。扩展卡尔曼滤波器法的计算是相当繁琐的,而且它对微机性能的要求也会相应的高一些,实现起来是比较麻烦的。反电动势过零点检测法主要是通过对各相反电动势过零点信息的检测来实现的,当检测到反电势过零时,再延迟30度电角度,这样就可得到了相应的换相时刻。虽然,这种方法存在低速时难以得到有效的转子位置信号,由RC滤波电路引起的过零点相移等缺点,但是,该方法是目前技术最成熟,实现最简单,应用最广泛的一种检测转子位置的方法。

中每一个完整的电周期中共有六个相等的60度部分,且每一小段对应电周期中的一个60度电角度。电机换相发生在每一小段的边界处,因此我们在此需要检测段的边界。反电动势的过零点和需要换相的位置之间有30度角度的偏移,为了确保电机平稳高效运转,必须对该偏移进行补偿。

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