1 引言

無刷直流電機既具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具有直流電機運行效率高、無勵磁損耗、調速性能好的特性，因此在各行業(yè)中的應用日益廣泛。無刷直流電機是一種特殊的永磁同步電機，傳統(tǒng)的無刷直流電機大多數(shù)采用位置傳感器確定轉子位置，并據(jù)此控制驅動電路換相。由于位置傳感器的存在，增加了電機體積和成本，降低了電機可靠性，限制了某些場合的應用。

本文給出一種基于反電動勢過零點檢測法控制無刷直流電機的實現(xiàn)方法，該方法所需硬件簡單。軟件功能強大。

2 無刷直流電機的結構

無刷直流電機由電機本體、轉子位置檢測電路以及電子開關電路3部分組成。其示意圖如圖1所示。

電子開關電路主要作用是控制電機本體定子各相繞組的通電順序和時間，主要由功率管、驅動電路以及轉子位置信號處理模塊構成。轉子位置檢測電路主要作用是實時檢測轉子位置，為換相提供依據(jù)。電機本體由定子線圈繞組與永磁轉子構成。電機本體結構如圖2所示。

3 無刷直流電機工作原理

有刷直流電機通過電刷實現(xiàn)轉子繞組的換相，產生旋轉磁場，且定子磁場與轉子磁場方向垂直，從而使轉子旋轉。無刷直流電機工作過程與此類似，不同之處在于通過電子開關電路控制定子換相，使定子繞組產生旋轉磁場，使得永磁轉子旋轉。由此可見，無刷直流電機中，轉子位置非常重要，否則不能準確控制換相時間，導致電機不能輸出最大轉矩，甚至不能運轉。

4 反電動勢過零點檢測法

要實現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機的控制，關鍵問題是如何獲得轉子的位置信息。由于永磁轉子旋轉產生旋轉的磁場，定子繞組切割該磁場，感應出電動勢，該電動勢就是反電動勢。反電動勢過零點檢測法是一種常用的方法，由無刷直流電機結構可知，反電動勢過零點與轉子位置有對應關系，通過對定子繞組上反電動勢的檢測得到過零點，就可以得到轉子位置信息，由此控制換相。

以三相Y型連接，兩兩導通為例說明反電動勢與換相的關系以及反電動勢檢測方法。電機主回路電路如圖3所示。

轉子以ω角速度運轉時，各相產生的反電動勢波形如圖4所示，Ea、Eb、Ec分別為a、b、c相的反電動勢。

當某一相的反電動勢出現(xiàn)過零點后，再延遲30°電角度就是換相時刻。因此只要能檢測到反電動勢的過零點，根據(jù)當時的轉速，延時轉子轉過30°的時間，控制圖3中Q1至Q6的通斷，就可實現(xiàn)換相。

實際中，電機反電動勢不能直接檢測，只能間接獲取。由電機三相端電壓平衡方程可以推導出在反電動勢過零點附近有：

其中，Ua、Ub、Uc為a、b、c相的端電壓。

通過檢測相電壓，再根據(jù)式(1)、(2)、(3)很容易得到反電動勢過零點，再延時30°電角度換相，就可以使勵磁與轉子同步。