直流无刷电机反电动势过零检测方法汇总
直流无刷电机无位置传感器控制中反电动势过零检测算法及其相位修正
直流无刷电机无位置传感器控制中反电动势过零检测算法及其相位修正上海大学 张相军 陈伯时 朱平平上海新源变频电器有限公司 雷淮刚 摘要:针对具有梯形反电动势波形的直流无刷电机无位置传感器的控制,文章提出了一种软件实现的方法,给出了算法,并通过实验验证了这种方法的正确性和可行性。
关键词:梯形反电动势 直流无刷电机 无位置传感器控制 软件实现Zero-crossing Algorithm and Phase C orrection of BEMF in theSensorless Control of Trapezoidal BLDC MotorsZhang Xiangjun Chen Boshi Zhu Ping ping Lei Huaigang Abstract:In this paper,a softw are method an d an algorithm are put forw ard for th e sensorles s trapezoidal brus hless DC m otor.T he experimen tal results s how that the advanced m ethod is correct and feasib le.Keywords:trapez oidal BEM F br ushles s DC motor sensorless control softw are-realiz e1 引言直流无刷电机实际上是一种永磁同步电机,其转子采用永磁材料励磁,体积小、重量轻、结构简单、维护方便、运行可靠,且具有高效节能、易于控制等一系列优点,已广泛应用于办公自动化设备、计算机外围设备、仪器仪表和家用电器等领域[1]。
无位置传感器控制技术的提出,解决了传感器的难于安装和维修等一系列弊病,在小容量、轻载起动条件下,无位置传感器无刷直流电机成为一种理想的选择,并具有广阔的发展前景。
基于反电动势过零检测法的无刷直流电机控制原理
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直流无刷电机反电动势过零检测方法汇总
直流无刷电机反电动势过零检测方法汇总The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020直流无刷电机反电动势过零检测方法一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同，为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。
在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。
例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。
这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。
换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。
通过判断不导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。
反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。
但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。
与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。
假设A相和B相导通，则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电动势的过零点。
这种方法十分简单，实现也比较方便。
但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。
这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。
同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。
这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。
直流无刷电机反电动势过零检测方法汇总
直流无刷电机反电动势过零检测方法一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的,根据转子位置的不同,为了产生最大的平均转矩,在一个电角度周期中,具有6个换相状态;在任意一个时间段中,电机三相中都只有两相导通,每相的导通时间间隔为120°电角度;例如,当A相和B相已经持续60°电角度时,C相不导通;这个换相状态将持续60°电角度,而从B相不导通,到C相开始导通的过程,称为换相;换相的时刻取决于转子的位置,也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定;通过判断不导通相反电动势过零点,是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法;反电动势过零点的检测方法是,通过测量不导通相的端电压,与电机的绕组中点电压进行比较,以得到反电动势的过零点;但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机,在许多情况下,绕组中点电压难以获取,并且需要使用电阻分压和进行低通滤波,这样会导致反电动势信号大幅地衰减,与电机的速度不成比例,信噪比太低,另外也会给过零点带来更大的相移;与上面的方法相比,更为常用的是虚拟中点电压法;假设A相和B相导通,则A和B两相电流大小相等,方向相反,C相电流为零,则根据永磁无刷直流电机数学模型有根据上述方程,将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较,也可以获得反电动势的过零点;这种方法十分简单,实现也比较方便;但是,由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制,其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化;这样,就会带来极大的共模电平和高频噪声,会影响反电动势过零点检测的精确性;同样,和中点比较法一样,这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波;这样,在一个PWM周期中,电枢绕组相电流就必然存在断续状态;速度提高时,电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势;由于以上特点,一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合;现有的无位置传感器的控制方法,如端电压检测法和转子位置估计法等,将很难得到良好的控制效果,其理由如下所述：首先,无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中,采用现有的端电压与中点电压比较的方法,要对三相绕组进行分压阻容滤波,计算出不导通相反电动势的过零点,再延后一定时间进行换相;但是,这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移,导致当检测到反电动势过零点后,真正的换相点已经过去,从而造成换相失误;另外,现有的转子位置估计法,在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量,然后运行复杂的算法估计出转子位置,这样即使采用主频较高的控制器,也很难实时得到精确的位置信号;并且,随着电机转速的提高,位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况,对于转速范围较大的情况,无位置传感器的检测难以实现;其次,现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况;而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时,在一个PWM周期中,则可能出现绕组相电流断续状态;当相电流从续流状态向断流状态突变时,由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用,端电压会存在二阶阻尼振荡过程;在振荡过程中,将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中,会得到不正确的结果;因此,使用现有的无位置传感器的控制方法,应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上,都无法得到良好的控制效果;。
bldc反电动势过零检测方法
bldc反电动势过零检测方法
无刷直流电机（BLDC）的反电动势过零检测是一种用于确定电机转子位置的方法。
通过检测电机的反电动势过零点，可以确定电机转子的角度，从而实现正确的电机控制。
以下是一种常用的BLDC反电动势过零检测方法：
1. 传统反电动势过零检测方法：
- 基本原理：BLDC电机中的每个相位线圈在转子旋转时会产生反电动势。
当转子通过磁场为零的位置时，反电动势将过零。
该方法通过检测反电动势过零点来确定转子位置。
- 检测方法：使用三个霍尔传感器或者光电传感器，安装在电机的定子上，与转子上的磁极位置相对应。
传感器可以检测到磁极的通过，当检测到反电动势过零点时，可以确定转子的位置。
2. 高级反电动势过零检测方法：
- 基本原理：高级反电动势过零检测方法利用了电机的电流波形和反电动势波形之间的关系。
当电机的电流和反电动势波形交叉时，可以确定反电动势的过零点，从而确定转子位置。
- 检测方法：通过检测电机的相电流和反电动
势的波形，使用相位锁定环（PLL）或其他信号处理算法来计算反电动势的过零点。
这种方法可以提高反电动势过零检测的精度和稳定性。
无论是传统的反电动势过零检测方法还是高级的方法，都需要在电机控制器中进行相应的硬件和软件配置。
这些方法在BLDC电机控制系统中起着关键的作用，确保电机能够准确地进行控制和运行。
直流无刷电机反电动势过零检测方法
直流无刷电机反电动势过零检测方法直流无刷电机是一种高效、可靠、低噪音的电机，广泛应用于许多行业中。
在控制无刷电机的过程中，准确地检测反电动势过零点是很重要的，因为只有在过零点时才能准确进行换相操作。
下面，将介绍一些常见的直流无刷电机反电动势过零检测方法。
1.传统的反电动势过零检测方法：最简单的反电动势过零检测方法是使用切换时间法。
该方法通过选定两相间的切换时间间隔来确定反电动势过零点。
具体操作如下：1）首先，选择两对相（比如相A和相B）；2）然后，通过监测这两相之间的电压差异来检测反电动势是否过零；3）将电压差异与阈值进行比较，当电压差异超过阈值时，切换到下一相。
这种方法简单直接，但存在一些问题，如误差较大、对反电动势的幅值较为敏感等。
因此，为了提高反电动势过零点的检测精度和稳定性，人们采用了其他更为先进的方法。
2.电流波形法：这种方法通过监测电流波形来检测反电动势过零点。
具体操作如下：1）首先，根据电机的运行状态和控制要求确定一个参考电流波形；2）然后，监测电机实际的电流波形；3）将实际电流波形与参考电流波形进行比较，当两者之间出现突变时，说明反电动势过零。
这种方法相对传统方法而言，具有更高的精度和稳定性，并且对反电动势的幅值不敏感。
但是，该方法需要实时监测电流波形，因此对硬件和算法要求比较高。
3.估算法：估算法是一种基于电机转子位置估计的方法，通过模型算法来估计反电动势过零点。
这种方法基于电机的数学模型和物理特性，通过计算得到的估计反电动势波形与实际测得的波形进行比较，当两者接近或相等时，说明反电动势过零。
估算法的优点是精度较高、鲁棒性较好，但需要较强的数学建模能力和计算算法，且对实际测量的反电动势波形要求高。
总的来说，反电动势过零点的检测对于直流无刷电机的控制十分重要。
传统的反电动势过零检测方法简单直接，但误差较大；电流波形法具有高精度和稳定性，但需要对电流波形进行实时监测；估算法的精度较高，但需要较强的数学建模能力和计算算法。
无刷直流电机反电势过零检测新方法
无刷直流电机反电势过零检测新方法摘要：采用的无位置传感器的无刷直流电机在高速反应阶段，由于电磁场效应产生的反电势信号过于强大，造成的检测电路无法正常工作，甚至会因为反电势而产生无法弥补的损坏。
相反在低速运转阶段低电势信号较弱，从而无法进行捕捉检测。
基于此，提出一种解决在极端速段问题的反电势过零检测新方法。
经过试验验证，采用三相采样等效电路，在该电路上并联一组晶体管来控制电阻分压器开关电路。
参照电机的特性，可以根据特性调整控制信号的信噪比和占空比，从而实现晶体管的通断进而调节电阻分压开关所形成的电阻值的变化，避免电势过高出现检测危险或者是电势过低检测不出来的问题。
关键词：无刷直流电机引言无刷直流电机具备以下几个特点：体积小、质量轻、效率高、损耗小。
因为这些优点使得无刷直流电机得以广泛的应用，从而进入了航空、控天、机械、汽车等各个工业领域，同时也进入了空调、冰箱、电动汽车等日常生活领域。
按照常理来说，无刷直流电机一般是通过位置传感器来实现确定电机中转子部件的位置，但是这也会出现一个问题，安装位置传感器得不偿失、消耗巨大，使得系统成本大大提高，同时也使得相对简单的系统变得复杂。
在遇见突发情况的时候，对于特殊情况的抗干扰能力会大大降低，可靠度变低。
基于以上的问题，在文章中提出一种适应低俗运转阶段能够有效改善现有的反电势过零检测状况的新方法，它能够在高速运转阶段保护原有电路不受电势过高产生的损害。
一、反电势过零中运用到的基本原理采用的无位置传感器大多是运用了两两导通和三三导通两个工作方式。
这两种方式具有多种特点。
两两导通中采用无刷直流电机在随意的时刻都有亮相电源导通，梁歪一箱电源缠绕着出于半空中。
三三导通则是每一个逆变瞬间都使用三个功率相同的元部件来进行导电。
在文章中将使用前者方式，功率开关管着六个开关组合，每个六分之一的周期进行一次轮换，每次仅更换一个功率开关组合，每个功率开关导通的电度角为120度。
电机采用顺时针的态势时，将所使用的转子按照360度电度角进分布在六个区域中，不同区域会采用不同的功率组合。
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直流无刷电机反电动势过零检测方法
一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同，为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。
在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。
例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。
这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。
换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。
通过判断不导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。
反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。
但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。
与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。
假设A相和B相导通，则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有
根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电动势的过零点。
这种方法十分简单，实现也比较方便。
但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。
这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。
同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。
这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。
速度提高时，电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势。
由于以上特点，一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合。
现有的无位置传感器的控制方法，如端电压检测法和转子位置估计法等，将很难得到良好的控制效果，其理由如下所述：
首先，无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中，采用现有的端电压与中点电压比较的方法，要对三相绕组进行分压阻容滤波，计算出不导通相反电动势的过零点，再延后一定时间进行换相。
但是，这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移，导致当检测到反电动势过零点后，真正的换相点已经过去，从而造成换相失误。
另外，现有的转子位置估计法，在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量，然后运行复杂的算法估计出转子位置，这样即使采用主频较高的控制器，也很难实时得到精确的位置信号。
并且，随着电机转速的提高，位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况，对于转速范围较大的情况，无位置传感器的检测难以实现。
其次，现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况。
而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时，在一个PWM 周期中，则可能出现绕组相电流断续状态。
当相电流从续流状态向断流状态突变时，由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用，端电压会存在二阶阻尼振荡过程。
在振荡过程中，将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中，会得到不正确的结果。
因此，使用现有的无位置传感器的控制方法，应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上，都无法得到良好的控制效果。