无刷无感直流电机启动算法研究开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1. 拟研究或解决的问题

1.1无刷无感直流电机的模型建立

1.2无位置传感器的零启动

1.3无位置传感器的位置检测

1.4无位置传感器的最佳换相

2. 拟采用的研究手段（途径）

2.1无刷无感直流电机的模型建立

三相六状态 120导通方式的无刷直流电机中，电力电子开关逆变器输出方波电压或者电流，并与电机反电动势保持着一定的位置关系，从而产生电磁转矩促使电机转动。当电机采用三相绕组星型连接方式且逆变器采用三相全桥式电路时，假定

(1)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；

(2)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗；

(3)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；

(4) 三相定子绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称。

则由三相定子变量建立的永磁无刷直流电机的模型如下：

式中：u_a,u_b,u_c定子各相的相电压(V)

R_a,R_b,R_c定子各相绕组电阻(Ω)

i_a,i_b,i_c定子各相的相电流(A)

L_a,L_b,L_c定子各相绕组自感(H)

L_ab,L_ac,L_ba,L_bc,L_ca,L_cb定子各相绕组间的互感(H)

e_a,e_b,e_c定子各相发电动势(V)

由上述等式通过化简可得无刷直流电机的等效电路模型如图二所示。

图二 无刷直流电机等效电路模型

1.无位置传感器的零启动

解决方案：采用短时检测脉冲转子定位起动法

短时检测脉冲转子定位起动法依据的原理是永磁体转子对带铁心的定子绕组具有增磁和去磁的作用，进而增大或减小定子绕组的电感。当在绕组两端加短时的一定幅值的电压时，定子绕组因永磁体转子对其电感的影响，三相定子绕组的电流峰值必将不同。依据这个原理便可判断转子的位置。转子预定位是先对A相通电，B、C两相接地，记下此时的电流峰值。再将A相接地，B、C两相通电,记下此时的电流峰值，将这个两次通电状态定义为A相通电。A相通电可以将电机的转子定位在180范围里，再B相通电又可以确定在新的180范围里，再C相通电又可确定在新的180范围里。经过这6个检测脉冲的检测之后可以将电机的转子确定在60范围内，这时可以根据转向给电机的开关管驱动信号让电机加速。加速之后再重复6个检测脉冲的检测，确定好位置后再加速，重复加速检测这个过程，当电机的转速达到一定转速后切换到反电势无刷直流电机的控制。

具体流程图如图三所示：

图三 短时检测脉冲转子定位起动法流程图

该方法相对于三段式启动法的好处：

1. 不需要预定位和设定换相时间表。

2. 不需要知道输入PWM方波，电机转速和换相频率之间的关系。

3. 不会因为函数关系拟合的误差而出现电机反转，震荡严重甚至失步状况。

4. 不会因为电机参数模型的变化而调整相应的函数关系，可移植性好。

相对于三段式启动法的缺点：

1. 需要对转子的位置进行不间断的循环检测，增加软件运行负担。

2. 启动周期相较于三段式启动法来的时间长。

3.无位置传感器的位置检测和最佳换相

解决方案：采用改进型的反电动势过零检测法，即线电压差转子位置检测方法。无刷直流电机无位置传感器控制的位置检测是无刷电机领域研究的一个主要难题。传统的方法是采用反电动势过零点的方法即反电动势法，但是该方法需要利用结构复杂、成本高的数字电路或者模拟电路进行相移。并且反电动势法还存在以下问题：

1. 电机波动较大比如负载变化较大的场合，检测误差会变大而且反电动势过零 点不具有自调节能力，此时电机会剧烈震荡甚至失步堵转。

2. 反电动势法的结论得出基于几个基本假定即在理想状态下，但在实际当中， 这些条件基本上都很难得到满足，比如电机或多或少存在电枢反应、齿槽效应以 及三相不平衡的情况，在电枢反应比较大的情况下，反电动势法计算精度无法保 证。

为了解决上述问题，本文提出了线电压差检测转子位置的方法，该方法无需相移，只需检测电机三相绕组的端电压；通过端电压只需对端电压进行比较（求差），结构简单运行可靠。该方法的好处是避免了因电机三相的绕组的中性点波动而产生的过零点波动，且扩大了有用信号的信噪比，使得该方法能够适用于电机转子转速更低的场合。