[发明专利]一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置

说明书

本发明公开了一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，包括：滤波单元FLT，用于对三相无刷直流电机母线电流的采样放大信号进行滤波；模拟比较单元ACMP，其反相输入端连接滤波单元FLT输出端，同相端输入DAC；计数器CNT，其S端连接于模拟比较单元ACMP输出端；计数值捕获单元，其连接于所述计数器CNT，用于存储若干个电流脉冲宽度，所述的电流脉冲宽度与控制的电压矢量相对应；数字比较和输出单元DCOMP，其通过开关阵列连接于计数值捕获单元；PWM状态逻辑单元PSLU，根据三相逆变器的PWM状态，输出对计数器CNT、计数值捕获单元和数字比较和输出单元DCOMP的控制信号。

技术领域

本发明特别涉及一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置。

背景技术

无刷直流电机BLDC定子电感Ld和Lq相等，因此，很难利用凸极效应来实现低速下的转子位置侦测(例如高频注入的方式)。但是，由于转子是永磁体，其相对位置对定子电感有一定的影响，所以，可利用这一特性，来实现0速下的初始位置定位以及低速下的转子位置预测，用于实现0速启动及中低转速下的方波换相，也可以实现低速下的FOC控制的所需的转子角度。

具体的原理如下：

1.初始位置定位

如图1所示，转子处于静止状态时，根据磁性材料的磁化曲线，磁路上的磁通密度B越接近于磁性材料的饱和磁密Bsat，则电感越小。

因此，当转子位置离某线圈近时，对线圈具有增磁作用，相同电流下，通过该线圈的磁密B越大，则该线圈的电感越小。当电感越小时，同一电压下，作用相同时间，电流峰值越大，因此通过侦测不同位置下的线圈电流的峰值，可以实时的侦测到电感的变化，从而可预测转子的相对位置。

图2中，F_AB,F_AC,F_BC,F_BA,F_A,F_CB这6个矢量分别是方波控制时，每两相组合导通下，定子旋转磁场方向。U0～U300这6个矢量分别是SVPWM调制时的6个电压矢量方向。当转子位置处于图2左所示时，可以按照图3的方法发出电压矢量U0和U180，并使两个矢量作用相同的时间Ts，侦测母线电流峰值，并比较两个矢量下电流峰值的大小，则可判断出转子位置在左半平面。

(Fa、Fb、Fc分别代表三相绕组的磁场矢量，Fabc为三相绕组磁场的合成矢量)

若依次发出U0～U300这6个电压矢量，并侦测每个矢量下的电流峰值，则可推断，转子位置在最大的两个电流峰值矢量之间，这样就可以确定出转子的初始位置。

2.中低速换相

在低速下，电机的反电势很小，因此，换相控制不能用反电势过零点侦测来实现。但是，当转子开始旋转时，其对定子电感的影响会随着位置的变化而变化，因此可采用注入不同电压矢量方式来进行电感变化的侦测，从而预测转子位置。

若当前导通相为AB，如图4a所示的F_AB的磁场方向，参见图4b，为了说明在中低速旋转时，可采用2个电压矢量交替作用，并侦测电感电流峰值的变化，以此来获得换相点，此时，转子会顺时针方向旋转，下一次换相需要导通CB相，则可在当前导通相序下，穿插F_CB的窄脉冲。

根据转子位置对电感的影响，在Ts下，F_AB和F_CB的电流峰值大小会翻转，刚开始，F_AB的电流峰值大于F_CB，而到换相时刻，两个电流峰值基本相等。所以，通过实时的比较两个电流脉冲的峰值，就可以得到换相点的时刻。

根据这一原理，估算转子位置最根本的就是实现对定子电感变化的侦测，需要检测2个或者2个以上的电流峰值，并将其进行比较，来确定不同转子位置电感的变化，其传统实现的方式有2种：