在电动汽车、家用电器、印刷机械等很多行业都可以看到直流无刷电机的应用。 直流无刷电机运转时,决定霍尔记录转子的位置,通过向控制芯片发送信号来控制直流无刷电机的动作状态。
霍尔在这里的作用是记录直流无刷电机转子的位置,从而控制换相功率。 在三相直流无刷电机中,3个霍尔传感器可以记录6个相位的位置。
随着电力电子技术的发展,无刷直流电机得到了越来越广泛的应用,在电动车辆、家用电器、纺织机械等领域都可以看到无刷直流电机的身影。 使无刷直流电机动作时,需要根据转子的位置切换动作状态。 霍尔传感器常用于检测无刷直流电动机的换相位置,而对于三相无刷直流电动机,三个霍尔传感器可以检测到六个换相位置。 常见的霍尔传感器安装方法有120 安装和60安装两种,两种方法均可输出6个不同的霍尔信号,分别对应6个不同的区域。 无刷直流电机转子旋转到某一区域时,对应的绕组通电,电机正常工作,如果霍尔信号与绕组的关系有误,则无法正常工作,有时会对电机和功率器件造成损伤。 因此,确定霍尔信号与定子绕组的关系对无刷直流电动机非常重要。
一些文献对如何确定霍尔信号与定子绕组的关系进行了研究,提出了几种检测方法。 提出了一种区分无刷直流电机定子绕组、霍尔传感器端子的方法,该方法适用于霍尔传感器输出为模拟量的情况,无刷直流电机霍尔传感器多输出数字量。 根据线反电位与反相信号的关系判断反相信号与绕组的关系,利用DSP捕捉线反电位过零点,利用示波器采集线反电位波形。 要获得线反向电位,这两种方法都需要利用外力使电机旋转。 需要将转子转至特定位置,根据绕组的通电情况来判断,不方便实现。 提出了一种无刷直流电机相序故障自恢复方法,该方法需要提前知道霍尔信号的安装方式,即120安装还是60安装。
采用三开方式将电机转子依次转至6个位置,并记录相应的霍尔信号,判断绕组与霍尔信号的关系。 该方法无需提前知道霍尔传感器是安装120还是安装60,无需外力带动电机转动,安全可靠、简单,广泛应用于带霍尔传感器的无刷直流电机应用场合,如电动自行车、纺织机械等
1、直流无刷电机原理
三相无刷直流电机始终以2、2导通方式操作,2、2导通是指在任意时刻逆变器只有两根开关管开通。 无刷直流电机需要根据转子的位置切换动作状态。 也就是说,换相点是无刷直流电机正常动作所必不可少的信息。 图1是三相无刷直流电动机换相点的示意图。 为了便于理解,特别显示了相反电位及相电流波形。 图中的ea、eb、ec表示三相逆电位,从图中可以看出,在三相无刷直流电机中,每个循环有6个不同的换相点,也就是说,每个循环电机旋转6周。
霍尔传感器常用于检测无刷直流电机的换相点。 三相无刷直流电动机需要三个霍尔传感器
测量6个不同的位置,霍尔传感器的安装有120安装和60安装两种方式,120安装指的是3个霍尔传感器
设备互差120,60安装指3个霍尔传感器互差60,2种安装方法支持霍尔传感器
的输出信号如图2所示。 图2中霍尔信号跳跃的位置是换相点。 两种安装方式的最大差异在于,60 安装时输出“000”和“111”的信号,而120安装时不输出这两种信号。 由此可以判断霍尔传感器的安装方式。
无论如何,输出的霍尔信号在每个电循环中分为6个区域,当转子移动到某个区域时,特定的绕组通电,无刷直流电机正常工作。 如果霍尔信号和绕组的关系不正确,电机可能无法动作,电机和变频器可能会损坏。 介绍一种无刷直流电机霍尔信号与绕组关系的自学习方法。
三相直流无刷电动机转矩可以通过以下公式计算;
T=eaia ebib ecic式中,ea、eb、ec为三相相反电位; ia、ib、ic是三相相电流; 为电机角速度。 空载时,如果在电机绕组中通入一定的电流,电机转子会旋转到某个位置并停止。 此时,电机产生的转矩为零。 图3中,I~VI表示霍尔传感器将电气周期分为6个区域。 两导通时,通电的两相绕组的电流大小相等,相反,电机转矩为零的点分布在各区域的边界上。 三三三接通时,三相绕组全部通电,设电流最大相电流为I,则其他两相的电流为-I/2,此时电机转矩为零的点如图3所示分布在各区域的中间位置。 通过以上分析可知,采用3,3导通的方法比采用2,2,3导通的方法更为合理。
在某个特定区域,正常动作时需要通电的直流无刷电动机的绕组是恒定的。 如图3的区域所示,两导通时需要对a相和b相的绕组通电。 为了产生正转矩,需要在a相绕组中流过正电流,在b相绕组中流过负电流。 标记为“A B-”,为了产生负转矩,表示为“B A-”,对除此以外的区域的直流无刷电机的绕组通电的情况如表1所示。 如果电机采用三三导通方式工作,可以很容易地从相反电位导出绕组的通电情况,在此不再赘述。