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3次谐波反电动势检测法

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点击次数:更新时间:2018-07-11 14:07:55

 3次波检测法适用于Y连楼、三相六状态工作的无刷电机,其基本思想是相绕组反电动势波除了基波分量外,主要还包括3次请波。在一个基波周期内三次谱波共有6个过军点。如果取得反电动势3次谐波信号,再将它移相90°(相当于基波的30°),就可以获得预期的换相点,并且无论在任何转速及负载情况下,这个相位差保持不变,3次谐渡反电动势6个过零点实际上和基波反电动势过零点重合,所以取得3次讲波反电动势过零点后,可以仿照上节有关方法实现电机的换相。

  现有文献中3次谐波反电动势的提取方法有两种:

  (1)3次谐波电动势可以从丫连接的电阻网络的中心点n到电机绕组中心点。之间的电压提取,即电压a,无论续流二极管的导通角有多大,或者是否存在PwM,。都能很好地反映出3次谐波电动势。这个方法的缺点是:

1)它仅适用于绕组电感不随转子位置变化、三相参数对称、电枢反应微刷、磁场的次谐波分量和3次谐波绕组系数都比较大的电机。在实际应用中,这些前提或多或少得不到满足,影响检测的准确程度,所提取的3次谐波电动势信号往往也带有一些干找。但是这些干扰可以用简单的低通滤波器来削弱。

  2)绕组中心点必须从电机引出,这在一定程度上限制了3次谐波方法的应用。

图13.2给出一台无刷电机相反电动势、线反电动势和3次请波反电动势(CH4)实测示波图。图中它们的幅度比例尺不同。这里3次谐波反电动势是从电阻网络的中心点到电机绕组中心点之间的电压提取的,由图可以看出,3次波反电动势过零点与预期的换相点之间的相位关系。

(2)为了避免使用绕组中心点, Sarina在参考文献(4)提出在屋型接法绕组并联一个星型电阻网络,通过电阻网络中性点n与直流电源的中心点h之间的电压来提取三次请波电动势,省去了电机绕组中心点的引出线。这种位置检测方达与利用反电动势过零点检测方法进行了对比试验,采用后者获得的调速范围为300=8000/mis1面反电动势3次渡积分法获得了更宽的调速范围,为100=800/miB它也需要采用开环起动方式,但性能要比反电动势过零点检测法优越,与反电动势过零点检测法相比,3次波积分法同电机速度,负载情况无关,受变器引起的于找影响小,对滤波器要求低,移相误差小,有更宽的调速范围;低速时依然可以检测到3次谐波信号,所以起动和低速性能要好一些,在更宽的调速范围内能获得更大的单位电流出力和更高的电机效率。

  但是参考文献(5)证明了并非3次谐波电动势,包含的实际上是相电动势的基波分量,但幅值只有端电压法的一半,而且该波形过零点后90°的附近正好被续流二极管导通的电压脉冲所覆盖,因此认为,用Mb的方法并无可取之处,关于这个问题,参考文献(6给出了详细分析,指出了相关文献误区,简介如下:

  如图13-3所示的电路结构若电机处在三相六状态下对称运行,当开关V,和V2导通时电路简化成图13-4。由相电压方程可以推导得到:

设想电动势中只有基波和3次谐波,上式的对称三相基彼反电动势之和为军,对称三相的3次谐波反电动势是同相位,故得到

 

  再分析au,为分析方便,略去绕组电感,推导得到的表达式如下式所示,显然与3次谐波反电动势无关,而与基波反电动势有关:

式中,E,和E,分别为相绕组反电动势的基波和3次波幅值。

  用一台相绕组反电动势3次谐波很小的无刷电机进行验证。实测的三相六状态下的uhn波形如图13-5所示,它看似3次谐波,其实与3次谐波电动势无关。该电机在某试验转速下,测得基波电动势值为M△ME1=52V;3次谐波电动势幅值为E3=0。当电机在三相六状态下对称运行时,其保g波形幅值点的电压值=12=13V

  若按上式计算图13-5u的实测波形200×52×0V=13y

 

  从而验证了上面的分析,无刷电机只要是三相六状态运行,就存在类似的波形,与是否存在3次请波反电动势无关。分析表明,它其实是由截取反电动势的局部拼接而成的。因此参考文献(6建议采用这样的B形信号作为检测转子位置方法时不宜称为“3次谐波检测法”,应正名为“基波电动势换相法”或“电动势换相法”。

  利用检测到的a电压,经低通滤波滤除高频成分,在过零点将其移相30°作为换相信号,电机就可以运行。其缺点是:在电机转速低于一定值时,检测到的信号严重变形转子位置,需要额外的起动程序。另外,电机在大动态运行时也有可能出现位置检存引起后续电路无法正常识别,导致不能估计转子位置。因此本方法在低速时仍无法确造成电机失步。

  参考文献(10)提出了一种用3次请波检测转子位置的新方法,文中将反映三次谐波相位信息的方波输ADsP的1/0日,利用DsP强大的数据处理功能,用软件实现数字镜相功能和对换相时刻的准确估计,去除了传统的硬件积分方法,实验表明该方法能够准确快速地估计转子位置,动静态特性很好,但是当电机的转速低于某个值时,检测到的三次谐重畸变,不能准确估计转子的位置,所以在低速时仍需要额外的启动程序

 

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