无刷直流电机控制技术综述

无刷直流电机控制技术综述

作者：黄秀勇

来源：《山东工业技术》2017年第14期

摘要：在十九世纪电机诞生的时候，其中实用性的电机就是无刷的形式，其得到了广泛的运用，随着时代的发展，在上世纪中叶的时候晶体管诞生，直流无刷电机也随之应运而生，无刷直流电机的应用十分广泛，在各个领域都有涉猎。

关键词：直流无刷电机；技术研究；控制技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.201

0 引言

经过不断的演变与发展，无刷直流电机综合了交流电机和直流电机的全部优点出现在人们的视野当中，它的出现大大的提高了生产的效率，减少了能源的消耗，得到了广泛的应用和普及。在电机领域中，新型无刷电机的品种众多，其性能和价格都不尽相同，就其的控制来说具有多种方法。

1 无刷直流电机的特点

随着科技的发展，无刷直流电机的出现代替了许多传统的电机，在各个领域都得到了广泛的应用，它具有传统直流电机的全部优点，但同时又除去了碳刷、滑环结构，它在投入使用的过程中具有速度很低的优点，这就大大的减少了用电率，虽说其速度低但其产生的功率却十分巨大，其体积小、重量轻的优点省去了减速机的超大负载量，在使用的过程中效率十分高。由于其除去了碳刷，所以减少了很多消耗，这就使它的省电率相当高，再加上其在运作时不会产生火花，对于一些爆炸性的场所来说更具备安全性，对其的维修和保养方面来说也是十分容易的。综合其特点来看，和其他种类的电机相比其优异性非常显著，因此，无刷直流电机凭借着其充分的优势在很多场合都发挥着重要的作用。

2 转子位置检测技术

逆变器功率器在进行运转的时候，转子在进行运转的时候位置会发生改变，在其位置发生改变的同时会触发组合，使其组合的状态进行不同的改变，这就是无刷直流电机的运行原理，由此看来，想要准确的控制无刷直流电机的运行就必要确保转子的位置，与此同时还要对转子触发的功率器件组合进行相应准时的切换，想要做到这一点是相当困难的。

通过科技水平的不断提高，相关学者提出了检测转子位置的一种新的办法。首先准备一些非磁性导电质地的材料，把这些材料粘在永磁转子的外部；其次，相关设备在工作时会使非磁性材料上产生涡流效应，进而使转子的位置发生相应的改变，最后通过观察检测电压来确定转

子的位置。这种方法能够确保电机的运转和起动，但是由于这种方法需要使用特殊的电机，所以应用不甚广泛。

3 速度调节控制

在实际运作中，需要使用一些高性能的调速系统对其进行控制，选择一个适用于其整个系统的控制策略是十分重要的。有学者提出用降压型载波电路来进行调速，还有的学者提出用两象限载波电路来进行调速，这两种方法都可以对电流的脉动起到很好的抑制作用。采用速度调节的方法来对其进行控制，不失为一种有效可行的方法，在未来的发展道路上还会出现更多的控制方法，对于电机的发展有着重要的意义，对人类生活的进步有着重要的作用。

4 双模控制技术

无刷直流电机具有众多的优势，但其也存在一些缺陷，其中一点就是其无位置传感器控制的起动技术存在缺陷，而针对这个缺陷应运而生的是通过双模式运行来对其进行控制的方法。从而使其不仅可以在有位置传感器模式下进行运行，还可以在无位置传感器模式下进行运行，当运行过程中，传感器的信号没有发生问题时，电机就使用有位置传感器模式，当传感器信号发生问题时，则使用无位置传感器模式。两种模式的相互补充，能够让电机运行的状态更加的稳固，使电机正常运行为设备提供动力。

5 抑制转矩脉动

在一些具体的运转中，转矩脉动问题的产生会直接对无刷直流电机在交流随动系统中的使用产生影响，转矩脉动对其运转会产生非常不好的影响，由此可见，对于转矩脉动的抑制控制非常关键，这关系到随动系统的服务性能，对无刷直流电机的影响也是至关重要的，导致这一现象的原因有三个方面。首先，由于齿槽效应和磁通畸变都会引起转矩脉动，针对这一方面可以从对电机的设计来进行弥补；其次谐波也会引起转矩脉动，这就要求相关人员对谐波进行分析，掌握其规律，减少其引起的转矩脉动；最后，相电流换向也会引发转矩脉动，针对这一问题，可以使用滞环控制来对其进行抑制，从而使转矩脉动得到相应的抑制，促使电机能够更好的运作。

6 空间矢量控制

无刷直流电机在反电势波中分为准正弦波和正弦波，在其应用的过程中，可以采用方波驱动方式或者正弦波驱动方式。不同的反电动势会形成不同的电流波形，在这方面相关工程都采用磁链轨迹法，这种方法把逆变电路和电机相互结合起来进行研究，找到一个关键的地方作为基础，然后通过切换逆变电路的开关器件，使其矢量无尽的接近磁链圆，从而达到对脉冲宽度调制的控制，这种方法对开关的损伤极其小，用电率十分高，对于谐波的产生也是十分小的，由此可见此种方法是十分有效可行的。

7 电机的起动

针对于有无位置传感器的无刷直流电机来说，其起动存在不同的问题。无位置传感器的无刷直流电机起动存在一定的问题。对这个问题有相应的解决办法，一般采用其他的控制方式来对电机进行加速，然后在这过程中使其切换到自动控制的方式，此外，采用固定换向频率也能够对这个问题进行解决，这种办法相对比较稳定，能够抵挡其他方面带来的干扰因素，效果更为显著。

8 结束语

随着科技的不断进步，无刷直流电机及其控制会得到更好的发展，在其性能的提高和功能的改善上都将会有一个质的突破。虽然说它集各种电机的优点于一身，并且在现今的各大领域都在进行着广泛的使用，但是还存在着一些问题亟待解决，我们相信随着微电子技术和相关技术的发展能够使这些问题得到解决，让人们的生活更加的便利，使我国国民经济的发展也更加的蓬勃向上。

参考文献：

[1]林潇，潘双夏，胡晓杭.一种无位置传感器BLDC零启动的纯硬件实现方法[J].浙江大学学报：工学版，2008，42（09）：1591-1596.

作者简介：黄秀勇，男，山东济宁人，本科，高级讲师，高级技师，系主任，研究方向：电气工程及其自动化。