开题报告--无位置传感器 BLDC 换相检测方法研究

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1、第 1 页 共 5 页 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目 无位置传感器 BLDC 换相检测方法研究 学生姓名 xxx 学号 专业（方向） 电气过程及其自动化 班级 指导教师姓名 职称 一、课题背景 （1）无刷直流电动机的背景 BLDC-Brushless DC Motor，无刷直流电动机。它是近年来随着电力电子的发展 和新型永磁材料的出现而迅速发展成熟的一种新型电机。 它以高性能永磁材料作转子 材料，以电子控制线路代替机械电刷和换向器实现直流电机的换相，集有刷直流电机 和交流电机的优点于一体，是当今最高效率的调速电机。 无刷直流电机利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器 ，

2、 取消了电刷， 提高了可靠性。无刷直流电机电枢绕组放在定子侧，永磁磁钢放在转子侧，结合转子 位置传感器、控制电路及功率逆变桥，可以实现对电机转速和转动方向的控制。 无刷直流电动机又分为有位置传感器和无位置传感器。有位置传感器检测有： 霍 尔式（霍尔元件） 、光电式（光耦合器件） 、电磁式（高频线圈） ；无位置传感器检测 （控制算法）有：反电动势检测、续流二极管工作状态检测、定子三次谐波检测、 瞬 时电压方程法。 （2）无位置传感器 BLDC 换相检测方法研究的目的 机械式传感器不仅增加电机的体积和成本，而且会因恶劣的应用环境，如高温、 低温、高湿或污浊空气而产生转子位置误差，使得整个传动系统的

3、可靠性和精确性难 以得到保证。传感器的使用还大大增加了电气连接线数目，给抗干扰设计带来一定困 难。位置传感器的使用在一定程度上影响了无刷直流电机的应用和推广。因此，取代 机械式位置传感器而采用其他方法检测转子的位置信号， 研究无刷直流电机无位置传 感器换相检测方案对于无刷直流电机的发展是很有益的。 （3）无位置传感器 BLDC 换相检测方法研究的意义 有位置传感器相较于无位置传感器控制无刷直流电机，其自身缺点有： 安装位置传感器会增大了电机的体积。安装位置传感器后电机的体积变大，结构变 的复杂，使无刷直流电机难以实现小型化。 安装位置传感器增加了电机成本。 如在永磁无刷直流电机中常用的霍尔传感

4、器的成 本在无刷直流电机总的成本中所占比例比较大。 如果采用旋转变压器或光电码盘等做 传感器，其成本会更高。 可靠性降低。方波无刷直流电机如果使用霍尔传感器，会导致连接线增加数根， 使 用电磁式或光电式传感器会增加更多。使用过多的连接线会导致系统的可靠性能降 低，而且使用维护变得困难。 位置传感器的输出信号易受到干扰。 位置传感器在某些特殊的工作环境下会降低其 可靠性。 位置传感器的安装增加了生产工艺的难度。 第 2 页 共 5 页 由有位置传感器 BLDC 与无位置传感器 BLDC 之间的比较， 以及我国对于无刷直流 电 机的研究起步较晚，而且我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较

5、 低， 尤其是制造工艺和加工设备离国际水准差距较大等现状说明，对无刷直流电机 无位置 传感器控制的研究具有十分重要的理论意义和实用价值。 （4）应解决的主要问题 在无刷直流电机的运行过程中，我们通过对转子位置信号的 检测来控制电机换 相， 而现有的各种位置传感器检测及无位置传感器的位置检测方法都不可避免地存在 转子位置检测误差的问题，误差会使电机偏离正常换相点，发生换相超前或滞后， 致 使电机运行不平稳、震动和噪声加大、效率降低、电机电流过冲，严重时会导致换相 失败， 使得电机失步或使驱动模块发生故障保护等问题出现。 因此无位置传感器 BLDC 换相检测方法研究的主要问题是设计转子位置信号的检

6、测电路来获得准确的转子位 置信号。 （5）应达到的技术要求 通过检测电机运行过程中的电压、电流、反电动势等物理量 和在线检测电机参数 来准确辨识转子位置从而实现无刷直流电机的自同步运行， 目前已有许多不同的转子 位置检测理论和实现方法。在这些方法中，主要包括反电动势法、续流二极管法、 电 感法（也称电流检测法） 、磁链观测法、状态观测器法以及其它一些特殊的方法。其 中反电动势法是目前技术最成熟、最有效和应用最为广泛的一种转子位置检测方法。 （6）基本理论依据 无位置传感器无刷直流电机控制的首要问题是能够在每个电周期 内能够检测到 用于电子换相的六个关键的转子位置信号。在无刷直流电机中，绕组的反电势通常是 正负交变的，当某相绕组的反电势过零时，转子直轴恰好与该相绕组轴线重合，所以 只要反电动势的过零信号能够被准确地检测到，就可以估算出转子磁极的具体位置， 再延迟 30，这个时刻就是无刷直流电机换相时刻。此后再根据功率管的导通顺序 触发相应的功率管，以实现无刷直流电动机的换相操作，保证电动机按预定的方向连 续旋转。但在实际应用中，不导通相的反电动势是很难被直接测量到的，所以我们