无刷电机无位置传感器启动

背景:
无刷电机可以像有刷电机这样直接上电启动吗?可以,如果是小功率电机,但是绝大多数电机都不适合用这种启动方式,这样启动有比较多缺点,一般不建议这样做。种方法启动的电流是非常大的,容易导致硬件电路短路或者减少电子器件的寿命;电流过大容易引起过热去磁问题,容易导致电机启动失败;启动过快还会引起机械负载的冲击等

无位置传感器电机启动的方式:
无位置传感器电机启动一般可以采用三段式的驱动方式,分别为预定位,加速阶段,开环切入闭环。下面分别对这三个步骤进行详解。
预定位:刚开始电机在静止情况下,而且开始不知道转子的情况下,可以进行通过对三相电机的其中两相通电,等待一段时间,然后再对电机相邻状态的两相通电,此时转子会转动,并且会转动到当前两相合成磁场的所在的位置。注意预定位中pwm以及的通电的等待时间,需要根据实际情况选取。
无刷电机无位置传感器启动_第1张图片
加速运行阶段:pwm的开始占空比,应该从克服外界负载的最小力矩开始,逐渐提高,pwm占空比的增大作用其实等效于加在通电两相的电压增大,逐渐提高电机换相的频率,此时电机就会加速起来。常见加速有三种方式,恒频升压法 恒压升频法,升频升压法。

  • 恒频升压法:电机换相频率不变,电机供电的电压逐渐提高,以此达到加速效果。
    恒压升频法:电机供电的电压不变,电机换相时间逐渐提高,以此达到加速效果。
    升压升频法:电机供电的电压与电机换相频率都逐渐进行提高,达到加速效果。
    升压升频法实现起来相比前面两种方法实现较为复杂。需要协调好电压与频率的递增,换相信号的频率需要根据实际电机的电机极对数以及电机相电阻等其他原生参数确定。换相频率太低,电机加速不起来;换相频率太高,电机运行起来容易失步,导致加速失败。

    开环切入闭环阶段:当电机加速到一定速度,最好直到当前速度下电机反电动势要呈梯形波,可以用示波器观察。当反电动势检测通过ADC连续稳定采集到3个过零点的情况,说明当前电机的运行速度达到无位置传感器的运行要求。此时可以切入到闭环状态。当注意的一个细节是,相同pwm占空比电机在开环时对应的速度与进入闭环时对应的速度相差越小,切换成功的几率越大,而且切换的也越平滑。
    值得注意的是,电机从开环切入闭环的过程是电机启动最为困难的一个阶段,难度系数比较高。而且这个环节是电机启动最重要的一个阶段,它决定着电机是否能进入后面的闭环操作。

转子为什么会规则地转动起来,这里对转子进行的受力分析:
在图 1-20(a)中, AB 相通电,电流处于转子产生的磁场内,根据左手定则,我们判断线圈 AA’中的上半部导线 A 受到一个顺时针方向的电磁力,而 AA’的下半部导线 A’也受到一个顺时针方向的电磁力。由于线圈绕组在定子上,定子是固定不动的,故根据作用力与反作用力,定子绕组 AA’会施加给转子一个逆时针方向的反作用力,转子在这个力的作用下,就转起来了。同理,与 AA’的情况类似, BB’也会对转子产生一个逆时针的反作用力。当转子逆时针转过 60°后,到达图 1-20(b)的位置,这时线圈 BB’已经到达转子磁极的边缘位置了,再转下去就要产生反方向的力了,所以这时就要换相,换成 AC 相通电,见图1-20©。这样,每过 60°换相通电,转子就可以一直转下去了。
无刷电机无位置传感器启动_第2张图片
无刷电机无位置传感器启动_第3张图片

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