一種無位置傳感器無刷直流電動機的轉子位置檢測方法
2023-05-25 17:23:16
專利名稱：一種無位置傳感器無刷直流電動機的轉子位置檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種無位置傳感器的無刷直流電動機的轉子位置檢測方法。
無刷直流電動機的轉速控制是通過對供電電壓進行調節，如PWM調製，並根據轉子的位置信號來切換電動機的電源來實現的。傳統的無刷直流電動機採用光敏元件、磁敏元件或其他位置檢測元件來檢測無刷直流電動機的轉子位置，但這使得電動機的製造工藝複雜且高速難度加大，電機引出線較多。
由於無刷直流電動機轉子的位置與相反電勢有確定的對應關係，因此如果能通過檢測電動機反電勢來檢測無刷直流電動機的轉子位置，就無需位置傳感器元件；通常對於電動機的繞組來說，根據開關器件導通或截止總存在幾個不同的拓撲結構，如三相橋式電源電路接三相星形電機，各相繞組總有接到電源正極、接到電源負極和懸空等三個拓撲結構，當某個繞組處於懸空狀態時，該繞組接線端對星點(中心點)的電位就反應了該相繞組的反電勢。利用這一原理，近年已開始研製出無位置傳感器的無刷直流電動機，這種電機轉子位置只有通過與電動機相數相同的數根引出線，再由設於電動機外的電路來進行檢測，因此這種檢測方法仍須解決以下問題1、由於電動機繞組的星點是內部接線，沒法引出來，能夠檢測到的僅是線電壓，而不是真正反映轉子位置的相反電勢；2、因線電壓經過PWM調製，所檢測的電壓因高頻調製會產生幹擾，反映不出電路的三種拓撲結構；3、檢測的反電勢信號具有直流分量；4、比較器和功率電路之間沒有隔離，造成幹擾通路，影響檢測電路可靠工作。
本發明的目的在於提供一種應用於無位置傳感器的無刷直流電動機轉子位置檢測的方法，能精確檢測到電勢過零點即反電勢，並輸出正確反映轉子位置的方波信號。
本發明的目的是以下技術措施來實現的(1)在無位置傳感器的無刷直流電動機功率電路的PWM調製中，只對橋式電路的上半橋加以調製，下半橋不加調製，從而使電動機各繞組有接正電源、接負電源和不接電源而懸空三種狀態；(2)採用三個星形電阻網絡，第一個星形電阻網絡由各相的串聯電阻網絡接成星形，模擬電動機的星形繞組，得到中心點，從而可以得到電動機的相電勢第二個星形電阻網絡形成反電勢信號源，得到含有直流分量的相電壓信號；第三個星形電阻網絡通過接入點的電位變化形成後級比較電路的信號源(3)在第一個星形電阻網絡和第二個星形電阻網絡之間採用電解電容進行隔直，濾掉直流分量，得到正弦波反電勢信號；(4)正弦波反電勢信號由過零比較器轉換成反映電動機轉子位置的方波信號。
作為本發明的進一步改進，第二個星形電阻網絡與功率電路共地；第三個星形電阻網絡與後級的過零比較器電源共地，與功率電路不共地，這樣幹擾信號不通過地形成迴路，提高了抗幹擾能力。
本發明與現有技術相比具有以下的優點1、通過只對橋式電路的上半橋加以調製、下半橋不加調製和各相的串聯電阻網絡接成的第一個星形電阻網絡，從而能精確檢測到相反電勢；2、第三個星形電阻網絡與後級的過零比較器電源共地，與功率電路不共地，對前後電路進行有效的隔離，大大地提高了抗幹擾能力3、採用電解電容進行檢波隔直，電路簡單且功能劃分明確，基本上不需調試就能出來波形，只根據實際需要調整所需電壓即可達到實用程度。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳述說明。
圖1為本發明其中一實施例三相橋式功率電路供電的無位置傳感器的三相星形無刷直流電動機轉子位置的檢測電路圖。
如圖1所示為由三相橋式功率電路供電的無位置傳感器的三相星形無刷直流電動機M的轉子位置檢測電路，+、-分別為直流電源正、負極，kp1至kp6為功率開關管，採用120度導通形方式，上半橋kp1、kp3、kp5加PWM調製，其觸發脈衝為120度的方波信號為包絡線的調製脈衝序列；下半橋kp2、kp4、kp6不加PWM調製，其觸發脈衝為120度的方波信號，從而使電動機各繞組有接正電源、接負電源和不接電源而懸空三種狀態。位置檢測的關鍵是檢測電勢過零點，當其中一項處於懸空狀態時，這時的相電壓為真正的反電勢，懸空相與接負電源相間的電壓未加調製，這就減少了因調製造成的幹擾，容易檢測到星點由正變負的過程，尤其是代表電機轉子特殊位置反電勢過零點。例圖中kp1、kp4處於截止狀態，電機A相處於懸空狀態，這時可以檢測到A相電勢的過零點。
A、B、C為電動機的三個引出端，由此測出電機的三相線電壓輸入由電阻R1、R2、R7、R8及R13、R14組成的第一個星行電阻網絡，第一個星形電阻網絡由各相的串聯電阻接成星形，模擬電動機的星形繞組，得到中心點，從而可以得到電動機的相電勢，第一個星形電阻網絡的各相電阻串聯是為了分壓，兩電阻之間引出中間抽頭，從中可以取出經電阻網絡分壓後的相電勢信號，從第一個星形電阻網絡的中間抽頭E、F、G輸出的電勢信號經電解電容C2、C4、C6隔直後，再經過由電阻R3、R9、R15組成的第二個星形電阻網絡，得到不帶有直流分量的較規則的正弦反電勢信號，此正弦反電勢信號代表了電動機的相繞組的反電勢，同時第二個星形電阻網絡與功率電路共地。接著正弦反電勢信號經過由電阻R4、R10、R16組成的第三個電阻星形網絡調整基準點，利用接入點的電位變化形成後級比較電路的信號源，同時第三個星形電阻網絡與功率電路不共地，與後級的過零比較器電源共地，使幹擾信號不通過地形成迴路，提高了抗幹擾能力。由第三個星形電阻網絡形成的信號源通過過零比較器UIA、UIB、UIC轉換成正確反映電動機轉子位置的方波信號，該方波信號作為位置信號輸入到單片機或其它控制電路，進行電機M的速度和轉矩控制。
權利要求
1.一種無位置傳感器無刷直流電動機的轉子位置檢測方法，其特徵在於採取以下措施進行信號檢測和處理(1)在無位置傳感器的無刷直流電動機功率電路的PWM調製中，只對橋式電路的上半橋加以調製，下半橋不加調製，從而使電動機各繞組有接正電源、接負電源和不接電源而懸空三種狀態；(2)採用三個星形電阻網絡，第一個星形電阻網絡由各相的串聯電阻網絡接成星形，模擬電動機的星形繞組，得到中心點，從而可以得到電動機的相電勢；第二個星形電阻網絡形成反電勢信號源，得到含有直流分量的相電壓信號第三個星形電阻網絡通過接入點的電位變化形成後級比較電路的信號源(3)在第一個星形電阻網絡和第二個星形電阻網絡之間採用電解電容進行隔直，濾掉直流分量，得到正弦波反電勢信號；(4)正弦波反電勢信號由過零比較器轉換成反映電動機轉子位置的方波信號。
2.根據權利要求1所述的無位置傳感器無刷直流電動機的轉子位置檢測方法，其特徵在於第二個星形電阻網絡與功率電路共地；第三個星形電阻網絡與後級的過零比較器電源共地，與功率電路不共地。
全文摘要
本發明公開了一種無位置傳感器無刷直流電動機的轉子位置檢測方法,先在無位置傳感器的無刷直流電動機功率電路的PWM調製中,只對橋式電路的上半橋加以調製,下半橋不加調製:再採用三個星形電阻網絡,其中第一個星形電阻網絡由各相的串聯電阻網絡接成星形,得到電動機的相電勢:第二個星形電阻網絡形成反電勢信號源;第三個星形電阻網絡形成後級比較電路的信號源;並在第一個星形電阻網絡和第二個星形電阻網絡之間採用電解電容進行隔直;然後由過零比較器轉換成反映電動機轉子位置的信號。本發明能精確檢測到電勢過零點,抗幹擾能力強,輸出正確反映轉子位置的方波信號。
文檔編號H02P6/18GK1286525SQ0011747
公開日2001年3月7日 申請日期2000年10月9日 優先權日2000年10月9日
發明者皮佑國, 舒懷林 申請人:廣東省科學院自動化工程研製中心