无刷直流电机相序测定实用方法

    1 引言
　　无刷直流电机采用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直
流电机类似的机械特性，其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋
转磁场驱动转子转动。由于转子采用了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、重量轻、结
构简单的特点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。快速有效地
确定位置传感器和绕组间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。
　　本文通过对三相无刷直流电机传感器位置、输出信号与绕组电动势间的关系进行分析，
提出了一种测定其相序的有效方法。
　　2 无刷直流电机基本控制方法
　　无刷直流电机的转子磁钢呈瓦片形，磁极与定子绕组间气隙均匀，气隙磁场呈梯形
分布。定子绕组感应电动势波形为梯形波。
　　由 V1～V6 六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电
方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。由于两两导通方式提供了更大的电磁
转矩而被广泛采用。在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔 1／6 周期即
60°电角度换相一次，每只功率管持续导通 120°电角度，对应每相绕组持续导通 120°，在
此期间相电流方向保持不变。为保证产生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转
子磁场保持垂直。由于采用换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场
与转子磁场的位置保持在 60°～120°相对垂直的范围区间。
　　功率管的换相信号需要从位置传感器的状态得出，换相时刻也就是霍尔传感器的信
号状态改变的时刻。因此霍尔传感器和三相绕组对应关系的确定对于电机的正确运行非常
重要。
　　3 相序测定的实用方法
　　3.1 位置传感器安装方式
　　位置传感器在无刷直流电机控制系统中起着非常重要的作用。它用于检测转子磁极的
位置，为开关电路提供正确的换相信息。
　　无刷直流电机常用的位置传感器是霍尔传感器，霍尔元件数通常与绕组相数相等，
转子磁钢作为霍尔元件的励磁磁场磁极。
　　为了产生正确的换向信号，霍尔传感器安装位置有一定要求，通常有 120°安装和 60°
安装两种方式。
　　以霍尔传感器安装方式为 120°为例，位置传感器输出波形、电机定子绕组通电电流和
反电动势相位关系。
　　以位置传感器的信号状态区分，将无刷直流电机的运行状态分割为 6 个状态。各功率
管导通区间如图 3 所示。
　　两种位置传感器安装方式在本质上是相同的，在电机旋转过程中，都将 360°电角度
分割为 6 种状态，其中 60°安装方式可以认为是将 120°安装时的一个霍尔元件反转 180°安
装，各元件换相时刻均相同。在换相控制中，将三个霍尔传感器的输出信号状态的组合作
为状态控制变量，例如在图 3 所示的第一个运行区间内状态控制变量为 H1 H2 H3(101)。
在不同安装方式下各霍尔元件产生不一样的状态控制变量。在 120°安装下，3 个位置传感
器信号组成的控制变量为 001-110。60°安装状况下，将出现 000 和 111 的状态变量，而缺
失中间的两个状态，因而他们的换相控制表是有区别的。通过观察霍尔传感器是否出现
111 和 000 的状态就可以判定霍尔传感器是哪种安装方式。
　　3.2 相序测定方法