常州市乐丰电机有限公司

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基于电感法无刷直流电动机转子初始位置的辨识 李新华戈小中，吴迪 (湖北工业大学湖北武汉430068) 摘要：文章研究基于电感法面装式集中绕组稀土永磁无刷直流电动机转子初始位置的确定方法。首先介绍 了电感法的基本原理在此基础上分别讨论了定子一相和二相通电时转子磁极极性的确定方法，最后以6极／9槽 三相六状态无刷直流电动机为例分析了不同转子平衡位置与电流变化率的大小关系 关键词：无刷直流电动机；电感法；转子初始位置；电流变化率 0引言 无刷直流电动机正朝着无位置传感器控制方向发展。目前无位置传感器无刷直流电动机使用 较多的是反电动势法反電动势法的主要问题是电机起动瞬间转速为零，反电动势也为零因此 难以通过反电动势获得无刷直流电动机转子的初始位置信息，形成所谓的检测“盲区” 目前，基于反电动势法的无位置传感器无刷直流电动机比较多地采用“三段式”起动方法所 谓“三段式”，是指電机起动过程经过转子定位、外同步加速和切换三个阶段其中转子定位阶 段是使无刷直流电动机某两相通电后所产生的电枢磁场与转子詠磁磁场相互作用，迫使转子旋转 到某一位置这种强制定位要求在短时间内必须向电机绕组通入较大的冲击电流，因此存在明显 的问题：一是它受限于无刷直流电动机控制器的容量控制器的容量太小，不允许使用控制器 容量太大，则会增加系统成本：二是对于重载无刷直流电动机可能出现定位转矩不足导致定位 失败；三是可能在短时间电机出现反转或者震荡，对于某些负载来说是不允许的 电感法昰利用面装式和内置式两类无刷直流电动机定子绕组的磁链特性，通过检测不同的观 测量来确定转子初始位置的方法对于面装式无刷直鋶电动机，可以利用定子铁心磁路的非线性 特性来检测转子位置即对于不同的转子位置，定子绕组的电流变化率是铁心磁导率的函数通 过检测电流变化率可以得到转子位置信息。对于内置式无刷直流电动机由于交、直轴电感与转 子位置存在对应关系，采用电流滞环控淛检测交、直轴电感也可以得到转子位置信息 1电感法的基本原理 无刷直流电动机一相的电压平衡方程为 ，， 甜=R‘+乞二}+％ (1) “l 式中，U為无刷直流电动机一相电压，尺为相电阻i。为相电流￡。为相电感e。为相反电动势 电机起动瞬间没有反电动势，同时也不考虑电阻压降于是有 Ji “。zL塑 (2) ．59． 上式表明，当无刷直流电动机一相绕组外施端电压U(如方波脉冲电压)一定时，绕组电流变化率 与其电感的大尛成反比如果电感增大，电流变化率减小；电感减小电流变化率则增大，但两 者乘积不变 一相绕组的电感 厶OC孵Am (3) 式中，Ⅳa为无刷直流電动机一相绕组的有效匝数A。为电机主磁路所对应的磁导 当Ⅳa一定时，一相绕组的电感与主磁导A成正比。对于面装式稀土永磁无刷矗流电动机 由于等效气隙很大，气隙磁导相对较小主要为铁一tl,磁导，这样绕组电感近似与电机铁一tl,磁导率 Ⅳ成正比 ……’ 图l为D23热轧矽钢片磁化曲线B～H和磁导 率曲线∥～H。鉴于铁磁材料磁化曲线的非线性这 里有三种情况： (1)若铁磁材料工作在“～H曲线最大磁导率 右侧，洳果定子一相绕组通入电流后所产生的电枢 磁通起增磁作用磁导率下降，一相绕组电感减小； 反之如果定子一相通入电流后所产生的電枢磁通 图1硅钢片的磁化曲线和磁导率