基于绕组电感变化特性的无刷直流电机无位置传感器控制

摘要

由于无刷直流电机中的位置传感器本身存在一些缺陷，因此在一些特殊场合，无刷直流电机的应用受到一定限制。因此，研究新型的无刷直流电机无位置传感器控制技术来取代位置传感器成为了当今学者越来越关注的焦点。
　　 本文针对已有的无位置传感器控制技术所存在的一些缺陷，并借鉴国内外先进的研究成果，研究了一种基于绕组电感变化特性的无刷直流电机无位置传感器控制技术，较为准确地实现了低速状态下的换相位置估计，并把此方法与铁心饱和效应相结合，提出了一种新的在静止状态下进行转子位置区间估计的方法，可以应用于无刷直流电机无位置传感器起动。
　　 本文的研究从转子的凸极效应对绕组电感的影响出发，分析了定子绕组自感和互感随转子位置的变化规律；通过借助绕组自感和互感的关于转子电角度的余弦函数近似表达式；着重在几个与绕组换相时刻相关的电角度，分析了由电机的本体结构、参数以及转子磁场分布的对称性引起的三相绕组自感和互感的特殊对应关系以及由此造成的非导通相端电压的波动特性；对利用绕组电感变化特性进行转子位置估计的原理进行推导。另外，本文成功地把此理论与铁心饱和效应相结合，运用到静止状态下的转子位置区间估计，即向电机绕组依次加入四个PWM脉冲，通过非导通相端电压的波动规律以及电流响应速度快慢可以把转子位置确定到30°电角度区间之内。此种方法不仅能在静止和低速状态下能够进行转子位置估计，而且对处理器的性能和检测元件的精度要求都不高。
　　 在本文中，设计了实验系统并对提出的方法进行了实验验证。实验结果表明，用本文所阐述的方法可以在静止状态下进行转子位置区间估计，并且在低速状态下能可靠地估算出换相信号，与实际的换相信号误差很小，从而验证了该理论的有效性与可行性。