一、概述

在直流無刷電機(jī)的無傳感器控制中，要想根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極與定子繞組之間的相對(duì)位置來 實(shí)現(xiàn)電子換相，并對(duì)力矩和轉(zhuǎn)速實(shí)施控制，就需要知道轉(zhuǎn)子的位置。因?yàn)闆]有位置傳感器， 所以就需要通過某些算法來估算轉(zhuǎn)子的位置。而估算轉(zhuǎn)子位置的方法也有很多，如高頻注 入法、電感法、反電動(dòng)勢(shì)過零估算法等

在以上轉(zhuǎn)子位置估算方法中，比較簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的方法是反電動(dòng)勢(shì)過零估算法，該方法 的實(shí)現(xiàn)原理是當(dāng)某相反電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)過零點(diǎn)時(shí)(反電動(dòng)勢(shì)為零)，必定有轉(zhuǎn)子磁極的 N 極或 S 極與該相繞組對(duì)齊，然后對(duì)于方波控制來說，僅需再等待 30 度電角度即可對(duì)繞組的通電 電流方向進(jìn)行切換，以此方法即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行正常閉環(huán)控制。下圖一為該方法的檢測(cè) 示意圖：

上圖一中，示意了有霍爾傳感器控制時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子 N 極對(duì)齊 U 相繞組時(shí)，此時(shí) U 相繞組 感應(yīng)出來的反電動(dòng)勢(shì)為 0，出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)，假設(shè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則在有霍爾傳感 器方波六步換相控制時(shí)，圖示位置再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30 度電角度(一對(duì)極電機(jī)也是 30 度機(jī)械角 度)后，HB 霍爾將感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁極由 N 極到 S 極的變化，HB 的輸出電平狀態(tài)也將發(fā)生跳變

當(dāng)檢測(cè)到三個(gè)霍爾中有任何一個(gè)霍爾輸出電平狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)繞組的通電電流 方向進(jìn)行切換。根據(jù)這個(gè)思路，即使把霍爾傳感器去掉，只要我們能夠檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)過 零點(diǎn)之后，再過 30 度電角度，我們同樣可以對(duì)繞組的通電方向進(jìn)行切換

二、反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)方法

通過前面的內(nèi)容，我們已經(jīng)知道只要能夠檢測(cè)出反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)，再延時(shí) 30 度電角度， 即可對(duì)定子繞組的通電電流方向進(jìn)行切換。那么，怎樣才能夠檢測(cè)出反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)呢？ 要弄清楚這個(gè)問題，我們需要了解電機(jī)的電壓平衡方程式，從電壓平衡方程式的角度來推導(dǎo)這個(gè)問題。下圖二示意了無轉(zhuǎn)子位置傳感器的功率驅(qū)動(dòng)電路。圖三示意了圖二對(duì)應(yīng)的等 效電路圖

當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)于星型連接的三相電機(jī)電樞繞組的電壓平衡方程式為：

以上 3 個(gè)式子中，Uun，Uvn，Uwn 表示三相相電壓，Iu，Iv，Iw 表示相電流，R 表示繞組內(nèi)阻，L 表示繞組電感量，Eun，Evn，Ewn 表示三相反電動(dòng)勢(shì)

對(duì)于圖三的等效電路來說，此時(shí)繞組的通電是 U 相接電源正，V 相接電源負(fù)，W 相不通電（懸空 相），根據(jù)這個(gè)關(guān)系，我們可以得出以下條件：

為了進(jìn)一步分析，我們畫出繞組的驅(qū)動(dòng)電壓跟反電動(dòng)勢(shì)波形，如下圖四所示：

從上圖四，我們可以知道，對(duì)于具有梯形波反電動(dòng)勢(shì)的電機(jī)來說，在懸空相出現(xiàn)過零點(diǎn)時(shí)，有以下 關(guān)系成立：

所以，在懸空相（W 相）反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)的位置處，結(jié)合電壓平衡方程式及已知條件(4)(5)(6)(7)， 可以推出：

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