外转子无刷直流电动机无位置传感控制技术研究

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摘要：在详细介绍传统 反电势法 无位置传感控制技术的基础上，提出 r 一种改进

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的 反电势法 。该方法检测转子位置准确、电机可调速范围宽，最后搭建实验平台并用实
验结果验证了该方法的正确性和町行性。
    0 引言

无刷直流电动机运行时需要采用位置传感器检测转子磁场位置信号，并利用其输出

信号，通过电子换相电路，按照一定的逻辑顺序去导通功率器件，驱动电机的正常运转。
传统的位置传感器件如霍尔元器件、旋转变压器等需要装配在电机内部来检测转子位置信
号，由于特殊的电机结够没计，其安装和维修都极其的不方便。因此无刷直流电动机无位
置传感技术的研究日益受到人们的关注，而反电势法是诸多无位置传感控制技术中比较
成熟的一种方法，本文提出的改进的反电势法所需的硬件简单，控制精确、稳定，通过实
际的实验证明该方法是正确、有效的。
    1 无刷直流电动机运行原理本文以星形连接、两两导通三相六状态无刷直流电动机为研
究对象，逆变器件以 PwM 调制方式工作，控制器以 Freesc ale 56F8013 为核心。
        对 于 三 相 六 状 态 120 。 导 通 方 式 ， 各 功 率 管 的 导 通 顺 序 是
SOS3、SOS5、S2S5、S2S1、s4S1、s4s3，当导通功率管 sOs3 时，电流经 s0 管从 A 相流入，从
B 相流出，经 s3 管回到电源的负母线，此时在电机定子绕组中产生旋转磁场，使转子旋
转，这样在上述六个状态的循环轮流导通下，转子不断的连续旋转。
    改变各功率管的导通顺序就可以改变电机的旋转方向。
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反电势法 位置检测的实现

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反电势法 无刷直流电动机控制原理对于两两导通三相六状态的无刷直流电动

机来说，当给任意阿相的绕组通电后，定子绕组中的电流将会产生合成磁场，合成磁场
将会使电机的转子在某个方向产生一定角度的转动。而当转子产生转动的时候，由于无刷
直流电动机定子绕组的存在，将会因切割导体磁力线的作用而产生感应电动势，且方向
与绕组巾流过的电流方向相反，所以称之为反电动势或反电势。对于理想状态下的电机磁
场波形基本上为方波。
    如果无刷直流电动机的气隙磁场的波形为方波且定子绕组为集中整距绕组时，在不考
虑其他因素的情况下，电机的感应电动势为梯形波。
    在不考虑其他因素的情况下，反电势过零点出现后的 m_／6 电角度即是无刷直流电动
机的换相时刻。
    如果想准确地判断出转子的位置，反电势过零点的检测就必须准确及时。当检测到过零
点信号后，通过软件将过零点信号延时 n／6 电角度后，就可获得电机的换相信号，根据
换相信号导通相应的功率管就可以实现无刷直流电动机的换相，驱动无刷直流电动机的
正常运转。此即为反电势过零点法实现的依据。
    2 2

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传统 反电势法 控制原理传统的 反电势法 是搭建虚拟的电机中性点，然后将电机

的三相相电压分压后与虚拟中性点比较，输出的信号即为反电势的过零点信号。但分压后
的相电压信号不可避免地带入了控制系统中功率管开通和关断时产生的毛刺、PwM 斩波、
电磁噪音等干扰，如果不处理，将会使输出产生虚假的过零点信号，所以需对输入信号
进行低通滤波。
    

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传统 反电势法 方法原理和检测电路都比较简单，因而较容易实现。但是在开关管高频

PwM 时，容易引入很高的共模电压和高频噪声，且由于引入了低通滤波，易使在不同的
转速下产生不同的信号移相，位置检测不准确。并且由于在转速较低、反电势很小的情况
下，检测电路很难准确地检测出反电势过零点，所以电机的调速范围有一定的限制。