基于线路电压过零检测的无刷直流电机无传感器运行仿真

S. Tara Kalyani¹Syfullah khan Md²

印度安得拉邦海得拉巴JNTUH工程学院电子电气工程系教授
印度安得拉邦海得拉巴JNTUH工程学院电子电气工程系研究生(电力电子

摘要

本文对永磁无刷直流(BLDC)电机的无传感器运行进行了仿真。本文所模拟的无位置传感器无刷直流驱动是基于从端电压差中检测过零。这种方法依赖于在电机两端测量的线路电压的差异。这表明，在论文中，这种差异的线路电压提供了一个放大版本的适当的反电动势在其零交叉点。在没有电机中性点电压的情况下获得换向信号。通过仿真验证了该方法的有效性。

关键字

无刷直流电机，仿真，无传感器操作，过零

介绍

在文献中有几种可用于无刷直流电机驱动的仿真模型。这些模型采用状态空间方程、傅立叶级数或d-q轴模型。尽管这些模型在无刷直流电机驱动方面做出了很大的贡献，但目前还没有一个全面的模型来分析无传感器运行中使用的电机[1]。为了简化和提高计算效率，通常将机器模型转换为旋转参考系。但是，这种方法不会提高计算效率，因为d-q变换只适用于具有正弦电压的机器，如[2]中所讨论的。无刷直流电机通常由传统的三相电压源逆变器(VSI)或电流源逆变器(CSI)供电，这些逆变器根据霍尔传感器、解析器或绝对位置传感器获得的转子位置信息进行控制。但这些位置传感器有许多缺点，如成本增加，控制复杂，温度灵敏度需要特殊安排。这些传感器降低了系统的可靠性和可接受性。因此，近年来无传感器技术已成为人们非常感兴趣的课题。无刷直流电机的无传感器技术已经被开发出来。 Some of the techniques presented [3] in the literature are based on position sensing using back emf zero detection crossing, terminal voltage sensing, sensing third harmonics of the motional emf, integration of the back emf, position sensing using inductance variation, position sensing based on flux linkage variation, Extended Kalman filter estimation or detecting the freewheeling diode conduction in open phase proposed in [4, 5].

在无刷直流电机中，三相中只有两相在任何时候被激励，而第三个绕组则处于浮动状态。通过测量浮动绕组中的反电动势，可以确定三相逆变器中功率开关器件换相的开关顺序。为了得到反电动势过零时间，需要计算浮绕组相对于电机中性点的端电压。基于反电动势零交叉点(ZCP)的无传感器控制技术由于低成本的应用得到了广泛的应用。在ZCP方法中，当无刷直流电机处于静止状态或接近零转速运行时，如赖延新和林永凯所讨论的那样，无法获得反电动势。因此，要使无刷直流电机[8]无传感器控制运行平稳可靠，就需要一种特殊的控制方法。

本文开发了一种基于Matlab/Simulink的无传感器操作系统。本文利用MATLAB/SIMULINK仿真了一种简单可靠的无传感器反电动势过零检测方法，并在[8]中使用SABER软件进行了仿真。在本文中，反电动势的过零是从相对于直流负端测量的端电压间接估计的。该方法不涉及任何集成。此外，由于使用了线路电压，因此消除了对中性电位的要求。这也消除了共模噪声。由于使用了线路电压，因此器件下降及其变化也不会起作用。利用该模型对适用于无刷直流电机的动态特性进行了研究。通过仿真研究了基于端电压差检测过零的无传感器控制的有效性。本文的组织结构如下。 Section II describes the proposed back EMF zero-crossing estimation method. Section III presents the simulation results of the proposed method. Section IV presents the conclusion.

提出了反电动势过零估计方法

考虑一个无刷直流电机，它有三个定子绕组以星形[8]连接。转子上装有永磁体。无刷直流电机由三相逆变器驱动，器件相对于转子位置触发，如图1所示。阶段一个终端电压对定子的星点¯害怕一个一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½,给出

符号有其明显的含义。

由上式可确定线路电压为

仿真及结果

本节介绍连续无传感器操作的各个方面。在MATLAB/SIMULINK中对该无传感器方法进行了仿真。电机参数如表1所示。

模拟反电动势过零检测无传感器操作的功能操作顺序如图2所示，并在下面进一步解释。

结论

利用MATLAB/SIMULINK对无刷直流电机的反电动势过零检测技术进行了仿真。结果表明，该方法提供了一个放大版本的反电动势。只需要测量三个电机端子电压，从而消除了电机中性点电压的需要。然后，本文对机器在无传感器模式下的运行进行了模拟。基于所提出的无刷直流电机无传感器控制仿真方法，可以建立硬件模型。因此，这个原始模型可以扩展为一个工业模块，通过纳入安全功能，如过电流，过电压保护。这可以通过监控逆变器的输入电压和逆变器的输入电流来实现。还需要监测半导体功率器件的温度，因为这些器件对温度非常敏感。

参考文献

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