基于电感法无刷直流电动机的起动分析 - Read.DOCVIP

基于电感法无刷电机的 李新华 戈小中 吴 迪 （湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北，武汉，430068） 摘 要 本文研究基于电感法的面装式集中绕组稀土永磁无刷电机转子初始位置的确定方法在此基础上，最后平衡位置电流变化率大小关系。 关键词 无刷电机；电感法；转子初始位置； 0．引言 无刷直流电动机（以下简称无刷电机）正朝着无位置传感器控制方向发展。目前无位置传感器无刷电机使用多的是反电动势法。反电动势法的主要问题电机起动瞬间转速为零，反电动势也为零，通过反电动势获得无刷电机转子初始位置信息，形成所谓的检测“盲区”。 目前，反电动势法无位置传感器无刷电机比较多地采用“三段式”起动方法。所谓“三段式”，是指电机起动过程转子定位、外同步加速和切换阶段。其中转子定位阶段是使无刷电机某两相通电所产生的电枢磁场与转子永磁磁场相互作用，迫使转子旋转到某一位置。这种强制定位要求在短时间内必须向电机绕组通入大的冲击电流，因此存在明显的问题：一是它受限于无刷电机控制器的容量，控制器的容量太小，不允许使用，控制器容量太大，则会增加系统成本；二是电机，可能定位转矩不足定位失败；三是可能在短时间电机出现反转或震荡，对于某些负载来说是绝对不允许的。 电感法是利用面装式和内置式两类无刷电机的磁链特性，通过检测不同的观测量来确定转子初始位置的方法。对于面装式无刷电机，可以利用定子磁路的特性来检测转子位置，即对于不同的转子位置，定子绕组中电流变化率是铁心的函数，通过测电流变化率可以得到转子位置信息。对于内置式无刷电机，由于交、直轴电感与转子位置存在对应关系，采用电流滞环控制测交、直轴电感，可以得到转子位置信息。 电感法原理 无刷电机一相的电压平衡方程为 (1) 式中，ua 为无刷电机一相电压，R 为相电阻，ia 为相电流，La 为一相电感，ea 为一相反电动势。 电机起动瞬间没有反电动势，同时也不考虑电阻压降，于是有 (2) 上式表明，当无刷电机一相绕组外施端电压ua (如方波脉冲电压)一定时，绕组电流变化率与其电感的大小成反比。如果电感为常值，电流变化率也是恒定的；电感减小，电流变化率则增大，但两者乘积不变。 一相绕组的电感 （3） 式中，Na 为无刷电机一相绕组的有效匝数，Λm 为电机主磁路所对应的磁导。 当 Na 一定时，一相绕组的电感与主磁导Λm 成正比。对于面装式稀土永磁无刷电机，由于等效气隙很大，气隙磁导相对较小，绕组电感近似与电机铁心的磁导率μFe 成正比。μ~H。鉴于铁磁材料磁化曲线的非线性，这里有三种情况： （1）若工作在 μ，如果定子一相绕组通入电流后所产生的电枢磁通起增磁作用，磁导率；反之，如果定子一相通入电流后所产生的电枢磁通起去磁作用，则磁导率。 （2）若工作在 μ，如果定子一相绕组通入电流后所产生的电枢磁通起增磁作用，磁导率；反之，如果定子一相通入电流后所产生的电枢磁通起去磁作用，则磁导率。 3）若工作在μ，此时无论定子一相绕组通入电流后所产生的电枢磁通起增磁去磁作用，磁导率都是下降的。 电机一般工作在若电枢磁通起增磁作用，电感减小，电流变化率增大若电枢磁通起磁作用，电感，电流变化率。转子磁极极性的 图2为面装式2极/3槽无刷电机结构示意图。无刷电机集中绕组绕制当通入正向电流（从首端流向末端）时，靠近气隙的极靴处为S极，另一端为N极通入向电流（从末端流向端）时，靠近气隙的极靴处为极，另一端为极图2a）中，转子N极朝上，在A相绕组通入正向电流，绕组所产生的磁通与转子永磁磁通方向相同称为顺磁方向磁导率绕组电感，电流变化率则齿极靴处的S极性与靠近的转子N极性相反两者为异性绕组所产生的磁通与转子永磁磁通方向相磁导率绕组电感，电流变化率图2转子S极朝上，在A相绕组通入正向电流，绕组所产生的磁通与转子永磁磁通方向相反称为逆顺磁方向磁导率绕组电感，电流变化率则齿极靴处的S极性与靠近的转子极性相两者为性。绕组所产生的磁通与转子永磁磁通方向相磁导率绕组电感，电流变化率3．通电磁极极性的面装式2极/3槽无刷电机逆变桥的三相无刷电机如图3。逆变桥电源负端上串采样电阻Rs样电阻上的电压信号合适算法反映转子位置信息采用两相通电，所观测到的电流变化率会更明显些。 转子N极正对一相定子齿 在图2在A相绕组通入正向电流，绕组所产生的磁通与转子永磁磁通方向相同磁导率绕组电感，电流变化率则极靴处的极性与靠近的转子极性相反两者为异性图2在A相绕组通入正向电流，绕组所