无位置传感器无刷直流电机控制器的研究

摘要

永磁无刷直流电机是近年来随着电力电子技术以及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种机电一体化电机。该电机采用电子换向装置取代了传统直流电机的机械换向装置。它既具有交流电机结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具备直流电机优越的启动性能和调速特性。但是驱动该电机的前提是需要准确检测到转子的位置。传统的采用位置传感器检测转子位置的方法成本高，结构复杂，可靠性低，在一些特殊的应用场合位置传感器也无法安装和使用。
　　本课题的主要目的是以无刷直流电机控制在家用洗衣机上的应用为背景，研究无位置传感器无刷直流电机转子位置的检测方法，无位置传感器无刷直流电机的控制方法及其控制器的工程设计方法，以解决家用电器中电机调速性能、效率和可靠性提升的关键问题，为无位置传感器无刷直流电机在家用洗衣机上的应用和普及提供理论依据和设计参考。
　　本课题首先研究了梯形波无刷直流电机无位置传感器的控制方法，分析了梯形波无刷直流电机的数学模型和和基于反电动势过零检测的转子位置判断方法。然后，本课题紧接着研究了正弦波无刷直流电机的无位置传感器控制方法，分析了正弦波无刷直流电机的数学模型、空间矢量控制原理、SVPWM的调制方法和基于电机模型的转子位置估算方法，并在此基础上研究了基于单电流采样的电机三相电流检测方法。基于以上的研究的基础，本文以家用洗衣机为平台，采用IRMCF341芯片开发了基于单电流采样无位置传感器控制的正弦波无刷直流电机控制器。课题完成了相关的设计和调试工作，给出了包括单电流检测、电机驱动、开关电源、EMI滤波器和PFC在内的具体的电路的设计方法、仿真结果和实际测试结果。
　　实际测试结果表明，采用单电流采样的无位置传感器控制方案切实可行，该控制方案完全可以满足家用洗衣机的控制要求。同时该控制方案提高了洗衣机的性能，简化了硬件设计，降低了系统成本。
　　本课题的研究对于无位置传感器无刷直流电机控制在家用洗衣机上的应用，具有一定的参考意义，尤其是对于应用正弦波无刷直流电机研发高性能低成本的洗衣机具有重要的实际参考价值。

目录

无位置传感器无刷直流电机控制器的研究

RESEARCH ON SENSORLESS BRUSHLESS DC MOTOR CONTROL

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 BLDC 电机的结构和工作原理

2.1 BLDC电机的结构

2.2 BLDC 电机的工作原理

2.3 带有位置传感器的BLDC 电机驱动方法

2.4 本章小结

第3章 梯形波BLDC 电机无位置传感器的控制方法

3.1 梯形波BLDC 电机的数学模型和基本方程

3.2 梯形波BLDC 电机反电动势过零检测转子位置估算的方法

3.3 本章小结

第4章 正弦波BLDC 电机无位置传感器的控制方法

4.1 正弦波BLDC 电机的数学模型和基本方程

4.2 正弦波BLDC 电机的空间矢量控制原理

4.3 矢量控制下的SVPMW调制方法

4.4 正弦波BLDC 电机的无传感器控制方法

4.5 单电流采样的电机相电流检测方法

4.6 本章小结

第5章 无位置传感器正弦波BLDC 电机控制器设计

5.1 无位置传感器正弦波BLDC 电机洗衣机控制器的工作原理

5.2 主控芯片介绍

5.3 单电流采样的电机相电流检测电路设计

5.4 电机驱动电路设计

5.5 开关电源设计

5.6 EMI滤波器设计

5.7 PFC 设计

5.8 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学位论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历