专利名称：无刷直流电机反电动势过零点检测方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷直流电机反电动势过零点检测方法。
背景技术：
无刷电机克服了有刷电机的结构复杂、噪声、火花以及维修困难的缺点，以结构简单、运行可靠、高效节能、易于控制的优势得到广泛应用。无刷直流电机在运行时，需要转子的位置信号，以控制逆变器中功率管的换流，从而实现定子磁场与转子的同步运行。根据获取转子位置信号的方法，无刷电机可分为无位置传感器和有位置传感器两种，由于位置传感器不仅安装复杂，硬件成本高，传感器本身存在精度不够等缺陷，对环境条件敏感，使得整个系统的可靠性得不到保证。反电动势过零检测法是在无刷直流电动机稳态运行时，通过检测关断相反电动势的过零点来获得永磁转子的关键位置信号，从而控制绕组电流的切换，以实现电机的运转。现有的直接反电动势的过零检测方法中，是在二极管续流期间，检测不导通相的电压，运用比较器获得过零点。但是该方法不适合电枢电感较小的电机，续流时间太短，需要外接比较器，成本太高。
发明内容
本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种无刷直流电机反电动势过零点检测方法，以用较低的成本快速有效地检测出无刷直流电机反电动势的过零点。本发明为解决技术问题采用以下技术方案。无刷直流电机反电动势过零点检测方法，将电机的三个定子绕组连接到控制电源上给电机的三个定子绕组施加电压，使得每次换向后都有一个定子绕组连接到控制电源的正极，第二个定子绕组连接到控制电源的负极，且第三个定子绕组处于失电状态；电流从连接到电源正极的绕组流入，从连接到电源负极的绕组流出，第三个绕组处于失电状态，即三相中只有其中两相上施加有电压。检测三个定子绕组的对地端电压Va、Vb和Vc，反电动势E= (Va+Vb+Vc) - 3Vdc/2 ；其中，Vdc为无刷直流电动机的母线电压，E为无刷直流电机的反电动势，Va, Vb和Vc分别为ABC三相绕组对地端电压；由反电动势E的正负变化，判断无刷直流电机反电动势的过零点。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测方法，可通过反电动势E有由正到负或者由负到正的变化来判断电机反电动势的过零点，无需外接比较器，成本较低，检测可靠性高，提高了电机运行的安全可靠性。
图1为本发明的无刷直流电机与控制电源连接的等效示意图。
图2为本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测方法中的电机ABC三相中的电流变化图。图3为本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测方法中的电机三相绕组的等效电路图。图4为本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测方法中的电机三相绕组的反电动势波形图。以下通过具体实施方式
，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式参见图1 图4，无刷直流电机反电动势过零点检测方法，将电机的三个定子绕组连接到控制电源上给电机的三个定子绕组施加电压，使得每次换向后都有一个绕组连接到控制电源的正极，第二个绕组连接到控制电源的负极，且第三个处于失电状态；电流从连接到电源正极的绕组流入，从连接到电源负极的绕组流出，第三个绕组处于失电状态，即三相中只有其中两相上施加有电压。检测三个定子绕组的对地端电压Va、Vb和Vc，反电动势E= (Va+Vb+Vc) - 3Vdc/2 ；其中，Vdc为无刷直流电动机的母线电压，E为无刷直流电机的反电动势，Va, Vb和Vc分别为ABC三相绕组对地端电压；由反电动势E的正负变化，判断无刷直流电机反电动势的过零点。在以上过零点检测的基础上，还可得到一种无刷直流电机反电动势换相点检测方法，包括如下4个步骤:步骤1:将电机的三个定子绕组连接到控制电源上给电机的三个定子绕组施加电压，使得每次换向后都有一个绕组连接到控制电源的正极，第二个绕组连接到控制电源的负极，且第三个处于失电状态；即:电流从连接到电源正极的绕组流入，从连接到电源负极的绕组流出，第三个绕组处于失电状态，电机的三相中只有其中两相上施加有电压；步骤2:检测三个定子绕组的对地端电压Va、Vb和Vc，反电动势E=(Va+Vb+Vc)-3Vdc/2 ;其中，Vdc为无刷直流电动机的母线电压，E为无刷直流电机的反电动势，Va、Vb和Vc分别为ABC三相绕组对地端电压；步骤3:由反电动势E的正负变化，判断无刷直流电机反电动势的过零点；步骤4:自无刷直流电机反电动势的过零点起，延时30°的电角度即可得到换相点。如图1所示，电机M等效为由三个定子绕组A、B和C三相构成的结构。Tl和T2、T3和T4、T5和Τ6分别作为A相定子绕组的上臂桥的开关管和下臂桥的开关管、B相定子绕组的上臂桥的开关管和下臂桥的开关管、C相定子绕组的上臂桥的开关管和下臂桥的开关管，Tl Τ6均由外部控制信号来控制其通断，以使得Α、Β和C之中有一个连接到控制电源的正极，另一个连接到控制电源的负极，第三个处于失电状态。Tl Τ6上,都各自并联有一个续流二极管。图2为三相中流过的电流的变化示意图。对于无刷直流电机，每次换向，都有一个绕组连接到控制电源的正极(电流进入绕组)，第二个绕组连到负极(电流从中流出)，第三个处于失电状态。理想状态下，转矩峰值出现在两个磁场正交时，而在两磁场平行时最弱。为了保持电机转动，由定子绕组产生的磁场应不断变换位置，因为转子会向着与定子磁场平行的方向旋转。由给三个绕组加电的开关顺序可判断，每转过60个电角度相电流切换一次，完成一个周期需切换6次相电流，可将每个周期分为六个区。有一个绕组得正电，第二个得负电，第三个保持开路状态。因此，在理想情况下，换向应在反电动势穿过零值时发生，但实际上由于绕组特性，会有延时，该延时应由单片机补偿。直流电动机每转一转需要换相6次，所以三相绕组每转一转共有6个过零点，每相两个过零点。当得知某相的过零点的时刻后，将其适当延时就可以得到所需要的换相信号。反电动势法检测转子位置法是利用这一原理来实现位置检测。因此可采用端电压法来间接检测电动机反电势的过零点。因为逆变器每一时刻只有两相导通，另一相处于断开状态，此时该断开相绕组的相电压就是反电动势。无刷直流电动机每转动一周，每一相的反电动势将过零两次。现如图3，假设AB相绕组导通，C相绕组关断；此时，星形连接绕组中点对地电压为Vdc/2,则未导通C相反电动势为Ec = Vc - Vdc/2式(I);同理:Ea = Va - Vdc/2式(2)Eb = Vb - Vdc/2式(3)由于任意时刻只有2相绕组导通，以星形绕组中点为参考点，设电流流出绕组为正，流入电阻为负，则导通两相绕组中的电流大小相等而方向相反，第三相因为被关断而电路为零。反电动势如图4所示 ,可以看出未导通相的反电动势过零瞬间,被导通。两相绕组的反电动势大小相等而方向相反，将所述式(I)、式(2)、式(3)相加有:Ea + Eb + Ec = E = (Va + Vb + Vc) - (3Vdc/2)；因此，反电动势E = (Va + Vb + Vc) - (3Vdc/2)；其中Vdc为无刷直流电动机的母线电压，Ea, Eb, Ec为三相绕组的反电动势，Va,Vb, Vc为三相绕组对地端电压。当反电动势E有由正到负或者由负到正的反转时,说明反电动势此时过零点。由图4可知，自过零点起，延时30°的电角度，即可得到换相点。所以，通过硬件电路比较(Va+ Vb + Vc)和3Vdc/2的大小即可判断反电动势的反转，从而检测出反电动势过零点。虽然检测到反电动势过零点，但并 没有确定三相中哪一相是未导通相，即不确定换相到6个区中的具体哪个区，只是检测到过零点，就换相。
权利要求
1.刷直流电机反电动势过零点检测方法，其特征是， 将电机的三个定子绕组连接到控制电源上给电机的三个定子绕组施加电压，使得每次换向后都有一个定子绕组连接到控制电源的正极，第二个个定子绕组连接到控制电源的负极，且第三个定子绕组处于失电状态； 检测三个定子绕组的对地端电压Va、Vb和Vc，反电动势E= (Va+Vb+Vc) - 3Vdc/2 ;其中，Vdc为无刷直流电动机的母线电压，E为无刷直流电机的反电动势，Va, Vb和Vc分别为ABC三相绕组对地端电压； 由反电动势E的正负变化，判断无刷直流电机反电动势的过零点。
全文摘要
本发明公开了一种无刷直流电机反电动势过零点检测方法，将电机的三个定子绕组连接到控制电源上给电机的三个定子绕组施加电压，使得每次换向后都有一个绕组连接到控制电源的正极，第二个绕组连接到控制电源的负极，且第三个处于失电状态；检测三个定子绕组的对地端电压Va、Vb和Vc，反电动势E=(Va+Vb+Vc)–3Vdc/2；由反电动势E的正负变化，判断无刷直流电机反电动势的过零点。本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测方法，具有无需外接比较器、成本较低、检测可靠性高、提高了电机运行的安全可靠性等优点。
文档编号H02P6/18GK103095194SQ20131004433
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者徐鸿, 王泰宇, 杨来坡 申请人:安徽中家智锐科技有限公司