使用无传感器技术的无刷直流电机的位置和速度控制及其应用趋势

浏览:21 发表时间:2020-12-04 09:19:28

凭借高功率密度,坚固的结构的优势,无刷直流 (BLDC)电机在许多应用领域中发挥了重要作用,特别在高性能应用。例如,采用机床和机器人中的伺服器位置传感器,能够成功启动和操作。由于成本的问题, 低性能应用,空间受限以及位置传感器的可靠性推动了无传感器控制的研究。除此之外,快速,持续改进功能强大且经济的微处理器和数字信号处理器(DSP)加快了无传感器的发展 控制技术,无刷直流 (BLDC)电机广泛应用于汽车领域空调压缩机,发动机冷却风扇,燃油/水泵等。

无刷直流 (BLDC)电机是一种同步电机,它看起来就像直流电机,在电流与转矩,电压和转速之间具有线性关系。它是一个电子控制的换向系统,而不是机械的换向,这是有刷电机的典型特征。另外,电磁体不移动,永磁体旋转,电枢保持静态,这解决了如何将电流传递到运动的电枢的问题。用智能电子控制器代替电刷系统/换向器组件,控制器执行与有刷直流电机实现了相同的功率分配。 BLDC电机比有刷DC电机和感应电机具有更多优势,例如具有更好的速度与转矩特性,高动态响应,高效和可靠,使用寿命长(无电刷腐蚀),无噪音运行,更高的转速范围以及降低了电磁干扰(EMI)。传递的转矩与电机尺寸的比率更高,使其在空间和重量是关键因素的应用中特别有用,尤其在航空航天应用中。

基于无刷直流电机(BLDC)的无传感器控制技术,反电动势(EMF)检测方法已被广泛应用于工业和商业领域。众所周知,反电动势的大小为与电机速度成正比,因此无法应用反电动势检测电机静止时的正确运行。为了解决这个问题,已经开发了许多方法,其中之一被称为三步启动方法,首先将转子对准预定方向,然后使电机加速,利用反电动势开环的方案。这种启动方法很简单,容易实施,但会受到负载的影响,可能暂时导致反向,不能应用于不允许旋转的领域。

获得转子位置信息的方式有很多,在无传感器控制技术中,转子位置信息是通过从三个电机端子电压之一间接检测反电动势(电动势)来确定的。三个BLDC电机相绕组中只有两个同时导通,第三个非导通相将反向导通,可以间接计算转子位置和速度的电动势。具有传感器的BLDC电机驱动器一般会使用带有转子位置传感器的三相PWM逆变器来执行相位换相和/或电流控制。

无传感器控制技术最初被认为是节省成本的好处,它可以提高系统可靠性,减少电气连接的数量,消除机械对准问题并减小电机的尺寸和重量。无传感器控制通常没有转子位置传感器的BLDC电机,取消了转子位置传感器(例如,光学编码器,霍尔效应传感器,旋转变压器,电缆和解码电路),通过降低可靠性和耐用性来降低制造成本。目前,无传感器技术尚未得到广泛采用,将来有望成为主要的BLDC电机控制方法。


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