開題報告--無位置傳感器 bldc 換相檢測方法研究

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　畢業(yè)設計（論文）題目無位置傳感器 BLDC 換相檢測方法研究</p><p>　學生姓名xxx學號</p><p>　專業(yè)（方向）電氣過程及其自動化班級</p><p>　指導教師姓名職稱</p><p>　一、課題背景</p><p

2、>?。?）無刷直流電動機的背景</p><p>　BLDC-Brushless DC Motor，無刷直流電動機。它是近年來隨著電力電子的發(fā)展</p><p>　和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展成熟的一種新型電機。它以高性能永磁材料作轉(zhuǎn)子</p><p>　材料，以電子控制線路代替機械電刷和換向器實現(xiàn)直流電機的換相，集有刷直流電機</p><

3、p>　和交流電機的優(yōu)點于一體，是當今最高效率的調(diào)速電機。</p><p>　無刷直流電機利用電子開關電路代替有刷直流電機的機械換向器 ，取消了電刷，</p><p>　提高了可靠性。無刷直流電機電樞繞組放在定子側(cè)，永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子側(cè)，結(jié)合轉(zhuǎn)子</p><p>　位置傳感器、控制電路及功率逆變橋，可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制。</p><

4、;p>　無刷直流電動機又分為有位置傳感器和無位置傳感器。有位置傳感器檢測有：霍</p><p>　爾式（霍爾元件）、光電式（光耦合器件）、電磁式（高頻線圈）；無位置傳感器檢測</p><p>　（控制算法）有：反電動勢檢測、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測、定子三次諧波檢測、瞬</p><p>　時電壓方程法。</p><p>?。?）無位置傳感

5、器 BLDC 換相檢測方法研究的目的</p><p>　機械式傳感器不僅增加電機的體積和成本，而且會因惡劣的應用環(huán)境，如高溫、</p><p>　低溫、高濕或污濁空氣而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置誤差，使得整個傳動系統(tǒng)的可靠性和精確性難</p><p>　以得到保證。傳感器的使用還大大增加了電氣連接線數(shù)目，給抗干擾設計帶來一定困</p><p>　難。位置傳

6、感器的使用在一定程度上影響了無刷直流電機的應用和推廣。因此，取代</p><p>　機械式位置傳感器而采用其他方法檢測轉(zhuǎn)子的位置信號，研究無刷直流電機無位置傳</p><p>　感器換相檢測方案對于無刷直流電機的發(fā)展是很有益的。</p><p>?。?）無位置傳感器 BLDC 換相檢測方法研究的意義</p><p>　有位置傳感器相較于無位置

7、傳感器控制無刷直流電機，其自身缺點有：</p><p>?、侔惭b位置傳感器會增大了電機的體積。安裝位置傳感器后電機的體積變大，結(jié)構(gòu)變</p><p>　的復雜，使無刷直流電機難以實現(xiàn)小型化。</p><p>　②安裝位置傳感器增加了電機成本。如在永磁無刷直流電機中常用的霍爾傳感器的成</p><p>　本在無刷直流電機總的成本中所占比例比較大

8、。如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器或光電碼盤等做</p><p>　傳感器，其成本會更高。</p><p>?、劭煽啃越档?。方波無刷直流電機如果使用霍爾傳感器，會導致連接線增加數(shù)根，使</p><p>　用電磁式或光電式傳感器會增加更多。使用過多的連接線會導致系統(tǒng)的可靠性能降</p><p>　低，而且使用維護變得困難。</p><p&

9、gt;　④位置傳感器的輸出信號易受到干擾。位置傳感器在某些特殊的工作環(huán)境下會降低其</p><p>　可靠性。</p><p>?、菸恢脗鞲衅鞯陌惭b增加了生產(chǎn)工藝的難度。</p><p>　　由有位置傳感器BLDC與無位置傳感器BLDC之間的比較，以及我國對于無刷直流電 機的研究起步較晚，而且我國元器件水平及相關理論與實踐相結(jié)合的程度還比較低， 尤其是制造工藝和加工

10、設備離國際水準差距較大等現(xiàn)狀說明，對無刷直流電機無位置 傳感器控制的研究具有十分重要的理論意義和實用價值。</p><p>　?。?）應解決的主要問題 在無刷直流電機的運行過程中，我們通過對轉(zhuǎn)子位置信號的檢測來控制電機換</p><p>　　相，而現(xiàn)有的各種位置傳感器檢測及無位置傳感器的位置檢測方法都不可避免地存在 轉(zhuǎn)子位置檢測誤差的問題，誤差會使電機偏離正常換相點，發(fā)生換相超前或滯后，致

11、</p><p>　　使電機運行不平穩(wěn)、震動和噪聲加大、效率降低、電機電流過沖，嚴重時會導致?lián)Q相</p><p>　　失敗，使得電機失步或使驅(qū)動模塊發(fā)生故障保護等問題出現(xiàn)。因此無位置傳感器 BLDC 換相檢測方法研究的主要問題是設計轉(zhuǎn)子位置信號的檢測電路來獲得準確的轉(zhuǎn)子位 置信號。</p><p>　　（5）應達到的技術(shù)要求 通過檢測電機運行過程中的電壓、電流、反電

12、動勢等物理量和在線檢測電機參數(shù)</p><p>　　來準確辨識轉(zhuǎn)子位置從而實現(xiàn)無刷直流電機的自同步運行，目前已有許多不同的轉(zhuǎn)子 位置檢測理論和實現(xiàn)方法。在這些方法中，主要包括反電動勢法、續(xù)流二極管法、電</p><p>　　感法（也稱電流檢測法）、磁鏈觀測法、狀態(tài)觀測器法以及其它一些特殊的方法。其 中反電動勢法是目前技術(shù)最成熟、最有效和應用最為廣泛的一種轉(zhuǎn)子位置檢測方法。</p>

13、;<p>　?。?）基本理論依據(jù) 無位置傳感器無刷直流電機控制的首要問題是能夠在每個電周期內(nèi)能夠檢測到</p><p>　　用于電子換相的六個關鍵的轉(zhuǎn)子位置信號。在無刷直流電機中，繞組的反電勢通常是</p><p>　　正負交變的，當某相繞組的反電勢過零時，轉(zhuǎn)子直軸恰好與該相繞組軸線重合，所以 只要反電動勢的過零信號能夠被準確地檢測到，就可以估算出轉(zhuǎn)子磁極的具體位置， 再延遲

14、 30°，這個時刻就是無刷直流電機換相時刻。此后再根據(jù)功率管的導通順序 觸發(fā)相應的功率管，以實現(xiàn)無刷直流電動機的換相操作，保證電動機按預定的方向連 續(xù)旋轉(zhuǎn)。但在實際應用中，不導通相的反電動勢是很難被直接測量到的，所以我們只 有通過采取檢測其他參數(shù)的方法來獲取反電動勢信號，從而得知反電動勢過零點。</p><p>　　反電動勢法的原理是：對于常見的兩相導通星形三相六狀態(tài)工作方式，除了換相 的瞬間之外，在任

15、意時刻，電機總有一相繞組處于斷電狀態(tài)，當斷電相繞組的反電動 勢過零點之后，再經(jīng)過 30°電角度，就是該相的換相點。因此，只要檢測到各相繞 組反電動勢的過零點，就可確定電機的轉(zhuǎn)子位置和下次換流時間。</p><p>　　（7）主要工作內(nèi)容 在對無刷直流電動機基本工作原理的理解和分析的基礎上，深入探討反電勢過零</p><p>　　檢測法，主要研究控制算法，實現(xiàn)基于反電勢過零檢測法的

16、無位置傳感器無刷直流電 動機控制系統(tǒng)。所要做的工作具體如下：</p><p>　?、僭诹私鉄o位置傳感器無刷直流電機換相檢測研究現(xiàn)狀的基礎上，詳細分析無刷直流 電機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。</p><p>　?、诔浞掷斫夥措妱觿莘ǖ膬?yōu)勢及運用原理，深入探討反電勢過零檢測法的幾種常用實 現(xiàn)方法，對各種實現(xiàn)方法進行理論分析，比較各種實現(xiàn)方法的優(yōu)缺點，給出各自的適 用條件。</p>&

17、lt;p>　?、弁ㄟ^分析傳統(tǒng)反電動勢法的原理，提出基于線電壓差值的無位置傳感器無刷直流電</p><p>　　機轉(zhuǎn)子位置檢測方法，利用線電壓差值計算，來反映反電動勢的過零點。</p><p>　?、苷页鲈斐蔁o位置傳感器無刷直流電動機控制中造成轉(zhuǎn)子位置檢測誤差的原因，針對 這些原因，提出相應的校正方法。</p><p>　?、菰诜治鰺o刷直流電動機的換相過程、給出

18、換相過程各狀態(tài)電路結(jié)構(gòu)和電壓平衡方程 的基礎上，對由于轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動機超前和滯后換相進行理論分析、仿真和 計算。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 孫建忠，白鳳仙著.特種電機及其控制[M]. 中國水利水電出版社, 2005.</p><p>　　[2] 張相軍著.無刷直流電機無位置傳感器控制技術(shù)的

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24、l.Sensorless Control of a Brushless DC Motor[J].Control Engineering, 2010, Vol.57 (4), pp.n/a.</p><p>　　二、畢業(yè)設計（論文）方案</p><p>　?。?）具體方案和計劃 拿到論文題目后，先查閱相關的書籍資料，充分了解無刷直流電機的結(jié)構(gòu)、工作</p><p>　

25、　原理和性能。能夠區(qū)分有刷與無刷、有位置傳感器與無位置傳感器之間的優(yōu)劣。了解 電機換相的過程，深入探索無位置傳感器無刷直流電機換相的多種檢測方法，在分析</p><p>　　了它們的優(yōu)缺點的基礎上，知道選用反電動勢過零檢測法的原因以及使用反電動勢過</p><p>　　零檢測法的前提條件，詳細敘述這種方法的檢測原理，并定性地分析轉(zhuǎn)子位置檢測誤 差產(chǎn)生的原因。對無刷直流電機工作在三相星型六狀