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廣州市德馬克電機(jī)有限公司
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我們在電動車，家用電器，印刷機(jī)械等很多行業(yè)都可以看到直流無刷電機(jī)的應(yīng)用。直流無刷電機(jī)的運(yùn)行時(shí)靠確定霍爾記錄轉(zhuǎn)子的位置，傳送信號到控制芯片來控制直流無刷電機(jī)的工作狀態(tài)。
這里的霍爾的作用就用來記錄直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，從而控制換相功率，在三相直流無刷電機(jī)里，用三個(gè)霍爾傳感器就可以記錄六個(gè)相位的位置。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在電動車輛、家用電器、紡織機(jī)械等領(lǐng)域都可以見到無刷直流電機(jī)的身影。無刷直流電機(jī)工作時(shí)，需要根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的不同來切換工作狀態(tài)�；舳鷤鞲衅鞒Ｓ脕頇z測無刷直流電機(jī)的換相位置，對于三相無刷直流電機(jī)，3 個(gè)霍耳傳感器就可以將6 個(gè)換相位置檢測出來。常用的霍耳傳感器安裝方式有120 ° 安裝和60° 安裝2 種，2 種方法都可以輸出6 個(gè)不同的霍耳信號，分別對應(yīng)6 個(gè)不同的區(qū)域，當(dāng)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一區(qū)域時(shí)，對應(yīng)的繞組通電，電機(jī)就可以正常工作，若霍耳信號與繞組關(guān)系錯(cuò)誤，就無法正常工作，甚至?xí)䦟﹄姍C(jī)或功率器件造成損壞。因此，確定霍耳信號與定子繞組關(guān)系對于無刷直流電機(jī)而言非常重要。
已有一些文獻(xiàn)對如何確定霍耳信號與定子繞組關(guān)系進(jìn)行了研究，并提出了一些檢測方法。提出了區(qū)分無刷直流電機(jī)定子繞組、霍耳傳感器引腳的方法，但這種方法適用于霍耳傳感器的輸出為模擬量的情況，而無刷直流電機(jī)的霍耳傳感器大多輸出數(shù)字量。根據(jù)線反電勢與換相信號的關(guān)系來判斷換相信號與繞組關(guān)系，使用DSP 捕捉線反電勢過零點(diǎn)，使用示波器來采集線反電勢波形，要獲得線反電勢，兩種方法都要借助外力使電機(jī)轉(zhuǎn)動。需要將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到特定位置，然后根據(jù)繞組通電情況判斷，實(shí)現(xiàn)不太方便。提出了一種無刷直流電機(jī)相序故障自恢復(fù)方法，但這種方法需提前獲知霍耳信號的安裝方式，即120°安裝還是60°安裝。
采用三三導(dǎo)通的方式將電機(jī)轉(zhuǎn)子依次轉(zhuǎn)到6個(gè)位置，并紀(jì)錄對應(yīng)的霍耳信號，以此來判斷繞組與霍耳信號關(guān)系。該方法無需提前獲知霍耳傳感器是120°安裝還是60°安裝，也無需借助外力使電機(jī)轉(zhuǎn)動，安全可靠，簡單易行，可以廣泛應(yīng)用于帶霍耳傳感器的無刷直流電機(jī)應(yīng)用場合，如電動自行車、紡織機(jī)械等。
1、直流無刷電機(jī)原理
三相無刷直流電機(jī)常采用兩兩導(dǎo)通的方式工作，兩兩導(dǎo)通指任意時(shí)刻逆變器只有2只開關(guān)管開通。無刷直流電機(jī)需要根據(jù)轉(zhuǎn)子位置來切換工作狀態(tài)，也就是說換相點(diǎn)是無刷直流電機(jī)正常工作必不可少的信息。圖1為三相無刷直流電機(jī)換相點(diǎn)示意圖，為便于理解，特給出了反電勢以及相電流波形，圖中ea，eb，ec代表三相相反電勢，由圖可見，對于三相無刷直流電機(jī)，每個(gè)電周期內(nèi)有6個(gè)不同的換相點(diǎn)，也就是說每個(gè)電周期內(nèi)電機(jī)換相6次。
霍耳傳感器常用來檢測無刷直流電機(jī)換相點(diǎn)。三相無刷直流電機(jī)需要3 個(gè)霍耳傳感器來檢
測6 個(gè)不同的位置，霍耳傳感器的安裝有120° 安裝和60° 安裝2 種方式，120° 安裝指3 個(gè)霍耳傳感
器互差120° （電角度），而60°安裝指3 個(gè)霍耳傳感器互差60° （電角度），2 種安裝方法對應(yīng)霍耳傳感
器的輸出信號如圖2 所示，圖2 中霍耳信號跳變的位置就是換相點(diǎn)。2 種安裝方式最大的區(qū)別在于采用60 ° 安裝時(shí)可以輸出“000”和“111”信號，而120° 安裝則不會輸出這2 個(gè)信號，通過這一點(diǎn)可以判斷霍耳傳感器的安裝方式。
不管采用哪種安裝方式，輸出的霍耳信號將每個(gè)電周期分為6 個(gè)區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域時(shí)，特定的繞組通電，無刷直流電機(jī)即可正常運(yùn)行，若霍耳信號與繞組關(guān)系不準(zhǔn)確，電機(jī)將無法工作，甚至?xí)斐呻姍C(jī)或逆變器損壞。下面介紹一種無刷直流電機(jī)霍耳信號與繞組關(guān)系自學(xué)習(xí)方法。
三相直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩可以由下式來計(jì)算；
T =eaia + ebib + ecicω式中：ea ，eb ，ec 為三相相反電勢；ia ，ib ，ic 為三相相電流；ω 為電機(jī)角速度。空載時(shí)，在電機(jī)繞組中通以固定電流，電機(jī)轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)到某一位置并停止，此時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩零圖3中，Ⅰ～Ⅵ表示霍耳傳感器將電周期分成的6 個(gè)區(qū)域，當(dāng)兩兩導(dǎo)通時(shí)，通電的兩相繞組電流大小相等，方相反，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為零的點(diǎn)分布在各個(gè)區(qū)域的邊界上；當(dāng)采用三三導(dǎo)通時(shí)，三相繞組均通電，若電流最大相的電流為I，那么其它兩相電流為－I/2，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩為零的點(diǎn)分布在各個(gè)區(qū)域的中間位置，如圖3 所示。通過以上分析可以知道，要使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一個(gè)區(qū)域，采用三三導(dǎo)通的方法要比兩兩導(dǎo)通的方法更加合理。
在某一個(gè)特定的區(qū)域，正常工作時(shí)需要通電的直流無刷電機(jī)繞組是一定的，如圖3 中的區(qū)域Ⅰ，兩兩導(dǎo)通時(shí)需A 相和B相繞組通電，要想產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，A 相繞組應(yīng)通正電流，B 相繞組應(yīng)通負(fù)電流，記為“A+B-”，要產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩則“B+A-”，其它區(qū)域內(nèi)直流無刷電機(jī)繞組通電的情況如表1 所示。如果電機(jī)采用三三導(dǎo)通方式工作，可以根據(jù)反電勢很容易地得出繞組通電情況，這里就不再列舉。
