高速无位置传感器风扇电机控制系统研究

摘要

随着电信设备行业集成度的不断提高,设备单位体积产生的热量也不断增加。为了解决热量传出的问题,论文开展高速风扇的研究。无刷直流电机以其可靠性高、效率高、维护方便和调速性能好等优点,在主流通信设备用风扇领域得到越来越广泛的应用;然而无刷直流电机中位置传感器既增加了成本,又使得产品可靠性变差,故本论文开展高速无位置传感器无刷直流风扇的研究。
　　目前,工业中常用的是三相全桥驱动的绕组Y型连接的无刷直流电机。对于无位置传感器控制来说,反电动势信号在三相全桥驱动方式下不能无干扰的直接检测。三相独立桥驱动方式下,无刷直流电机的三相绕组独立进行控制,可以无干扰的检测反电动势信号。同时在三相独立桥驱动方式下,电机绕组等效为并联连接,可以在相同电压的情况下提供更大的转矩或转速。论文对上述两个优点进行了数学推导并通过仿真进行验证。
　　三相独立桥驱动的换相点同样是在滞后反电动势过零点30°电角度的位置。超前或者滞后换相都会产生大的电流波动,造成电机转矩波动剧烈,使整机效率变低。对于风机负载,转速越高,负载越大,为了保证电机的效率,本论文通过编程实现在不同的转速下,绕组电流总是处在反电动势正中间的位置。
　　电机在静止或者低速时,无法正常启动。这是因为此时反电动势为零或非常小,转子的位置信息不能通过检测反电动势信号而获得。论文使用传统三段式启动法,对启动过程进行了详细的数学推导,获得了外同步加速换相时间斜坡图,根据斜坡图软件编程实现电机启动。
　　本论文以英飞凌公司的XC886为控制芯片设计了电机的控制系统,并将控制方案应用到风扇样机上。实验结果证明,本论文设计方案中采用的三相独立桥驱动能无干扰的检测反电动势信号,并且电机在论文推导获得的外同步加速换相时间下可以实现顺利启动并保证稳定运行,证明了设计方案的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2 风扇电机驱动的研究现状和方向

1.3 论文的主要研究内容

第2章 风扇驱动方案选定

2.1 引言

2.2 无刷直流电机工作原理

2.3 无刷直流电机数学模型

2.4 三相独立桥驱动分析

2.5 本章小结

第3章 位置检测研究

3.1 引言

3.2 位置检测技术

3.3 位置误差分析

3.4 本章小结

第4章 无位置传感器启动研究

4.1 引言

4.2 启动方法研究现状

4.3 无位置传感器启动方案及实现

4.4 本章小结

第5章 控制系统软硬件设计

5.1 引言

5.2 控制系统硬件总体结构

5.3 主控芯片XC886简介

5.4 控制系统电源设计

5.5 功率驱动电路设计

5.6 反电动势检测电路

5.7 保护电路

5.8 调速电路

5.9 控制系统软件设计

5.10 本章小结

第6章 实验结果及分析

6.1 引言

6.2 实验平台搭建

6.3 控制系统调试及分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢