关键字 |
| 无刷直流电机(刷),无传感器控制,零交叉点(ZCP), EMF(反电动势)的区别。 |
介绍 |
| 刷电机已成为最近研究人员和科学家们的选择。在这种类型的直流电机换向完成电子而不是使用刷子。需要一个逆变器的直流无刷电动机驱动系统和转子位置传感器执行变换过程。由一个矩形的电动机电流只需要六个离散的转子位置。它可以使用霍尔传感器检测到。有几个缺点,当使用这种类型的位置传感器。这些传感器增加电机的成本,减少系统的简单性和可靠性由于额外的组件和连接。特别是,霍尔传感器提高电动机的大小和温度敏感,因为它们在里面安装。由于这些原因,他们限制电动机的运行实践中[1]。 |
| 使用霍尔传感器克服这些缺点,许多研究都是在无传感器驱动器。各种方法实现无传感器无刷直流电机驱动。这些方法包括电机的反电动势(反电动势)检测,检测的随心所欲的二极管的导通状态镇定的阶段[1],反电动势积分法,检测定子三次谐波电压组件。上述方法,反电动势检测方法是常用的这些天。在这种方法中零交叉点(ZCP)的反电动势,从而确定换向点确定。可以检测到电机的反电动势高速电机开始运行。 |
| 电机的反电动势不能直接探测到。一个众所周知的方法是终端电压检测方法。开放的终端电压之间的差别阶段和创建一个虚拟中性点电压,通过连接的三个阶段通过一个电阻是感觉到公共点。通过监测电压差、零交叉点(ZCP)可以被探测到,它用于整流马达。另一种方法是ZCP检测到匹配的终端电压直流环节电压的一半。这两种方法都要求低通滤波器消除碎终端产生的PWM脉冲电压。虚拟中性诱发电噪音到系统中影响系统的性能。 |
| 本文提出了一种新的无传感器无刷直流电机的驱动方案。代替检测反电动势的ZCP开放阶段,反电动势的ZCP差异对应的无刷直流电机的换向点准确,从而保证最优性能。 |
无刷直流电机的建模 |
| 刷驱动器和传感器,由无刷直流电机的控制电路和霍尔传感器位置信息。通过了解职位信息,逆变器开关转换通过生成PWM信号与合适的占空比。三个霍尔传感器用于无刷直流电机的位置检测。一个通用的无刷直流电机三相定子绕组,由六开关逆变器构成的。图1显示了一个恒星的等效电路连接无刷直流电机和逆变器拓扑[2][3]。 |
| 建模是基于以下假设: |
| (1)电动机不饱和。 |
| (2)定子电阻的线圈是平等和自我和相互电感是常数。 |
| (3)逆变器的功率半导体器件的理想。 |
| (4)铁损失可以忽略不计。 |
| 无刷直流电机的电压方程可以表示为: |
 |
| 在哪里 |
| Va、Vb和Vc是定子相电压;R是定子每相阻力;Ia, Ib和Ic是定子电流阶段;L是每个阶段的自身电感和ea, eb和ec电动势的部队。反电动势方程的每个阶段应该如下: |
 |
| 在哪里 |
| 千瓦回来了EMF常数一阶段(V / rad.s-1), |
| θe -电机转子角(°el), |
| ω-转子速度[rad.s-1]。 |
| EMF背面是转子位置的函数表示为fa(θe), facebook(θe), fc(θe)限制- 1和+ 1之间的值。 |
 |
| 因此fb(θe)和fc(θe)设计 |
| 总转矩输出可以表示为每个阶段的总和 |
| 总转矩输出是由: |
 |
| 在哪里 |
| Te总转矩输出(Nm), |
| 同时, |
 |
| 在哪里 |
| TL -负载转矩(Nm), |
| J -转子的惯性和耦合轴[kgm2], |
| B -摩擦常数[Nms.rad-1]。 |
| 电机转子角等于机械转子角的数量乘以杆双p: |
 |
| 在哪里 |
| θm机械转子角(rad)。 |
传统的无传感器控制方法 |
| 在这种方法中ZCP直接检测到的反电动势。反电动势和电流波形如图2所示。 |
| 对于无刷直流电机的典型操作,相电流和反电动势产生恒转矩保持一致。图2所示的变换点可以估计的ZCP back-EMFs和30°相移,使用六步变换方案通过驱动无刷直流电机的三相逆变器。为每一个阶段进行间隔是120电度[4]。因此,目前只有两个阶段进行,在任何时候,离开第三阶段浮动。为了产生最大转矩,应该每隔60°整流逆变器通过检测零交叉的EMF的浮动盘管电机,因此当前阶段的电动势。 |
| 通过使用图2中的波形,下面的真值表。 |
| 基于真值表,设计框图来生成适当的变换信号的方法,使用MATLAB / Simulink仿真和验证。 |
| 流动阶段的终端电压成正比的反电动势和ZCP终端电压的比较,可以发现浮动阶段与直流环节电压或虚拟中性点电压的一半。当使用终端电压测量方法,ZCP之间的相位差和换向瞬间应该以某种方式补偿电机的正确操作。终端电压引起的脉宽调制直流分量和谐波分量的组合。由于谐波组件作为噪音,尤其是在虚拟中性点电压,采用一阶低通滤波器来消除噪声。另一个过滤器是用来使换向点延迟30°后检测到零交叉点。从而使相位补偿困难由于不准确的换向转矩脉动增加。 |
提出的无传感器控制方法 |
| 而不是使用阶段反电动势,该方法利用反电动势不同的两个阶段。反电动势波形差异图3所示。 |
| 从上面的图很明显,在该方法的变换可以做ZCP本身。因此,最优性能保证了使用这个信号变换。ZCP的终端电压差相同的ZCP反电动势不同,因此它可以用作换向信号直接没有相位补偿。 |
| 通过使用图3中的波形,下面的真值表。 |
| 使用该方案,理论上不需要传统的起动过程自反电动势可以感觉到一旦电动机旋转[3]。(可以切换电机无传感器驱动60°内旋转。) |
仿真结果 |
| 传统和提出的无传感器驱动方案的模拟在MATLAB / Simulink进行了。用于模拟的无刷直流电机规格表3所示。 |
| 答:相电动势检测方法的仿真框图 |
| 块设计是根据给定的值在表I。 |
| b .反电动势不同方法的仿真框图 |
| c波形 |
| 波形的相位反电动势(红色)和反电动势(蓝色)显示差异。反电动势波形反电动势的不同波形滞后阶段。从这个很明显,同一时刻变换可以做零交叉检测。 |
| 转子转速的常规方法和方法都是一样的。因此我们可以说比电机的性能不受影响的方法。 |
结论 |
| 一个新的无传感器检测ZCP驱动方案的反电动势不同分析。电机驱动系统的最优性能保证了使用这个方案。从仿真结果得出所需的机器可以通过这种方法获得的输出作为传统的无传感器技术。中性的电压不是必需的方法;只有三个电机终端电压需要检测。系统的输出类似于霍尔传感器信号,因此它可以用于无传感器驱动没有相位补偿和起动过程的刷驱动器位置传感器。一个相关的进一步的工作是设计一个无传感器基于该方案的速度控制器。 |
表乍一看 |
|
|
数据乍一看 |
|
|
引用 |
- j . Gamazo-Real e V zquez-Snchez, j . Gmez-Gil”位置和速度控制的无刷直流电机使用无传感器技术及应用趋势,”传感器,10卷,不。7,6901 - 6947年,2010页。
- 小笠原群岛和h .船长,”的方法对无刷直流电机无位置传感器驱动,“IEEE反式。印第安纳州,达成。,27卷,不。5,页928 - 923,Sep. / 10月。1991年。
- 皮莱和R。克里希,”建模、模拟和分析永磁电机驱动器”,IEEE反式。印第安纳州,:25卷,没有。2,pp.265 - 279年3月/ 4月1989年。
- 问:江、c Bi和r·黄”一种新的相位延迟方法来检测反电势零点交叉点主轴电机的无传感器控制,”IEEE反式。磁学第41卷。。7日,第2594 - 2287页,2005年7月。
- Kwang-Woon Dae-kyong Kim Lee Byung-Il Kwon”,减少换向转矩脉动的无传感器无刷DCMotor开车,”IEEE反式。在电力电子,21卷,不。6日,第1768 - 1762页,2006年11月。
- j.p. Jahnson、m . Ehsani和y Guzelaunler,“对无传感器直流无刷的方法,”Proc, IEEE IAS物质。会议会议。凤凰城,阿兹,1999年,页143 - 150。
|
菜单
