用于无刷电机旋转测量的无传感器型控制

引言

在家用电器、供暖、通风、空调)和汽车应用中，DC无刷电机及其驱动器的使用率越来越高。造成这种现象的原因是其所拥有的高效、可靠、紧凑、低维护等级以及低噪声等优点，而这些都将转化为成本的节省。

家用电器常常运用传统技术，比如带有起动电容的AC磁阻单相电机和通用式电机。所有这些解决方案采用AC供电方式，工作速度都是恒定不变的，而且并未关注效率。

如今，客户所提出的要求越来越多，他们渴望拥有改良型功率分配方案、更加优越的性能以及更低的噪声电平：传统技术的局限性正日益凸显出来。

同时，市场竞争对能量-效率比提出了新的更高要求，用户在挑选家用电器时，除了产品的价格之外，还会对其能耗等级和噪声电平等特征加以比较。

图1 永磁转子和定子

基本原理

无刷DC电机的工作原理非常简单。这种电机基于一个装有永久磁铁的转子和一个安装了三个相距120°的绕组的定子。三相逆变器按正确的顺序来驱动绕组，并生成一个用于对转子进行“磁推动”旋转磁场。逆变器根据转子的位置在绕组的6个不同的时间段里发生极化。转子的位置可采用位置传感器或机械式开关以不同的方式读出，也可以采用由转子位置所产生的磁场来估计。后一种方法被称为“反向EMF”。

显然，虚拟传感器具有多项优点，即：免除了相关的费用，而且，与霍尔效应传感器截然不同是，它不会破损。这就意味着可靠性和效率的提高以及重量和体积的减小。

但是，这种无传感器型解决方案需要进行更加复杂的处理，以精确估测 转子的位置，或对绕组的6个起动相位进行正确的驱动。

在每一转的6相中，每次只对两个绕组进行供电。第三个绕组(也是唯一未被施加偏压的绕组)正是允许读出由转子旋转所产生的电压以及其位置的绕组。

控制完全依赖于使定子的驱动相位与读出操作之间保持一个规定的恒定距离(用角度来表示)。