[發明專利]無位置傳感器無刷直流電機重載相位補償計算方法

無效

• 申請號: 201110334053.3
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102437805A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 孟凡民;徐殿國;楊明;曹何金生;王公旺
• 申請（專利權）人: 威海克萊特機電有限公司
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P6/10
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

1.一種無位置傳感器無刷直流電機重載相位補償計算方法，其特征在于采用反電動勢檢測方法，通過反電動勢檢測電路檢測三相端電壓，經濾波電路進行深度濾波后再與模擬中性點比較，經DSP處理器生成轉子位置信號，將端電壓分成反電動勢信號和電流續流干擾信號，對兩種信號進行相位和幅值的計算，得到由電流續流造成的轉子位置信號的相位超前角度，加以補償，具體步驟如下：為了分析使電機在重載時位置檢測信號的相位偏移現象，下面對重載下的端電壓進行分析：

因為反電動勢檢測電路是一低通濾波器，高頻分量經過檢測電路將被濾除，因此可做如下簡化：

1）因為PWM調制頻率遠大于反電動勢檢測電路的低通濾波器的截止頻率，高頻的PWM斬波電壓可以用其電壓平均值近似；

2）同樣，電機中性點電壓波動也被濾除，可以用其平均值近似；

3）相反電動勢為120°平頂寬，等效幅值為母線電壓的PWM波；

在采用上橋臂調制，下橋臂導通方式（PWM-ON）時端電壓可以簡化成如圖4所示的模型，?其中，????????????????????????????????????????????????為理想線反電動勢與理想中性點的電壓之和，為電流續流引起的電壓畸變，端電壓等于與之和，即=+(電壓參考點為母線負極)；

圖4中端電壓可以分成6個狀態，分別為：

1）和時刻：該相下橋臂導通，端電壓與相等，為母線負極電壓，標記為0，?也為0，此時不影響位置信號的檢測；

2）時間段：電機換相，電流經過上橋臂反并聯二極管續流，電壓被鉗位為母線電壓，隨相反電動勢的增大而線性上升；為與之差，即；

3）時間段：該相懸空，相端電壓為相反電動勢與中性點電壓之和。

2.中性點電壓為直流偏置，反電動勢線性上升，端電壓與線性上升；為0，不起作用；

4）時間段：該相上橋臂調制，占空比與母線電壓的乘積與的關系為，端電壓等于，有；為0，不影響位置信號的檢測；

5）時間段：電機換相，電流經過下橋臂反并聯二極管續流，端電壓被鉗位為母線地電壓0，隨反電動勢的減小而線性下降，為與之差，即；

6）時間段：該相懸空，相端電壓為相反電動勢與中性點電壓之和，中性點電壓為直流偏置，反電動勢線性下降，端電壓與線性下降，為0，不影響位置信號的檢測；

通過對端電壓的分解，在輕載和重載時一樣，而則有很大的差別，輕載時，電流小，和很短，的作用時間很短，其伏秒積很小，有(=,)，因此對位置信號檢測只造成微弱的影響，可以忽略不計；重載時，電流大，和持續較長的時間，伏秒積不可忽略，它對位置檢測信號的影響嚴重，產生的相位超前角度過大，圖5為端電壓和其分解的電壓和經過低通濾波器后的生成的信號，續流干擾信號超前反電動勢信號，使得它們疊加合成的端電壓信號超前于反電動勢信號，續流干擾信號的幅值越大，端電壓信號的超前角度越大，端電壓相位超前使端電壓的過零點時刻提前到來，檢測得到的過零點偏離真實的反電動勢過零點，當隨著負載電流的增大，相位超前角度隨之增大，當超前角度過大時，換相情況變惡劣，引起電流畸變，反過來影響到端電壓波形和位置檢測信號，造成換相的進一步惡化，最終導致換相失敗；

通過上述模型的建立，對端電壓的分解分析，我們可以得到輕載和重載時的反電動勢檢測信號相位關系其實就是與+的相位關系，由于與周期一樣，經過低通濾波器的相角滯后相等，因此輕載和重載下的位置信號相角之差取決于和的夾角和幅值，由此，得出重載下的相位補償計算方法：

階躍電壓下，低通濾波器零狀態響應計算公式為

?????????????????????????????(1)

其中，、和如附圖1所示，經過低通濾波器的電壓與模擬中性點電壓比較，從而得到反電動勢的過零點，忽略中性點電壓的波動，則為的平均值，因此，只考慮的交流分量，有

??????????????????????(2)

附圖1所示反電動勢檢測電路中，選擇適當的電阻和電容，使得，得到

????????????????????????????(3)

將作近似等效的階躍信號處理，帶入式(3)得到經過低通濾波器后輸出電壓的交流振幅有

?????????????????????????(4)

其中，為續流角度，是電流續流時間折算的電角度，為電機反電動勢的頻率，為修正比例因子，這里取=1，

同理經過低通濾波器后輸出電壓的交流振幅有

????????????????????????????(5)

與的相位基本上與和的基波相位一致，與有關，其關系式可表示為

????????????????????????????(6)

而且滿足，的求解是非線性的，計算復雜，但由于波動范圍較小，采用工程近似的方法，可認為其為常值近似計算

根據式(4)和式(5)，如圖6所示，?與的相角滿足

????????????????????????(7)

當取20°時，可求得

?????????????????????????(8)

式中：為補償角度，

?????為反電動勢信號經過低通濾波器后的交流振幅，

?????為電流干擾信號經過低通濾波器后的交流振幅，

利用微處理器計算出上述公式推得的相位超前的角度。