直接反电动势法原理与过零点检测方法
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣又复杂的话题，那就是无刷直流电动机的控制原理。
听起来可能有点深奥，但别担心，我会尽量把它讲得简单易懂。
你知道吗，这种电动机在生活中可是随处可见，比如咱们的电动车、风扇，还有玩具车，真是名副其实的“万金油”啊！而说到控制这些电动机，反电动势法可谓是个绝妙的选择。
好，我们不啰嗦，赶紧进入正题吧！2. 无刷直流电动机的基础知识2.1 什么是无刷直流电动机？首先，得给大家科普一下，什么是无刷直流电动机。
顾名思义，这种电动机没有传统的刷子。
传统电动机就像一位大厨，得靠刷子来翻炒食材，而无刷电动机就像一台现代化的烤箱，省心又省力。
它的工作原理是通过电磁场的变化来驱动转子运动，这样一来，就能减少摩擦，降低能耗，噪音也小，真是个“安静”的家伙！2.2 反电动势是什么？接下来，我们聊聊反电动势。
这个名字听起来很吓人，其实它就像是一位“调皮的小鬼”，在电动机工作时，会逆着电流的方向产生一种电压。
这种反电动势就像是电动机在努力工作时，给自己制造的一种保护机制。
就好比一个人努力跑步时，突然感到累了，身体会自然而然地减速，反电动势就是这种“减速”效果的体现。
3. 反电动势法的控制原理3.1 如何实现控制？那么，反电动势法到底是怎么控制电动机的呢？其实，这个过程简单得令人惊讶。
控制器会实时监测电动机的反电动势，通过这个信号，判断电动机的转速和位置。
就像一个教练在旁边观察运动员的表现，根据运动员的状态调整训练方案。
这样一来，电动机就能在没有位置传感器的情况下，精准地控制转速，真是一举两得。
3.2 优势与挑战使用反电动势法的好处可多了，首先，省去了位置传感器这个“累赘”，降低了系统的复杂性，成本也随之降低。
其次，由于没有刷子，电动机的寿命大大延长，维护起来也更方便。
不过，挑战也是有的。
比如，启动时电动机的反电动势比较小，控制器可能一时之间“抓瞎”，这时候就需要一些聪明的控制算法来帮忙。
第1章BLDCM
工作原理
转子每转过60o，逆变器开关管换流一次、定子磁状 o图示位置→ 磁极转过 60 磁极图示位置 → 位置信号 态改变一次，电机有6个磁状态，三相各导通120o— 位置信号→逻辑变换 → 逻辑变换 → V1 、 V6 开通 —两相导通三相六状态 →V1、V2 开通→ A、C → A、B相导通→I:E+-AO跳跃旋转 转子磁场顺时针连续旋转、定子磁场隔 60 相导通→I: E+-A-C-EB-E- →电机顺时针旋转 →电机顺时针旋转 ——自同步电机
磁敏式 光电式 电磁式 接近开关式 正余弦变压器 编码器
位 置 检 测 器
无位 置传 感器 检测
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
特种电机及其控制
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4. 控制器
模拟 控制 系统
分立元件加少量集 成电路构成的模拟 控制系统
控 制 器
数字 控制 系统
基于专用集成电路 的控制系统 数模混合控制系统
忽略电枢绕组的电感。这样，无刷直流电动机的电压方程 可以简化为：
US 2UT E 2rI a
式中 UT——开关器件的管压降；
Ia ——电枢电流；
E ——线电动势，即电机的反电动势。
特种电机及其控制
47
对于三相六状态无刷直流电动机，任一时刻都有两相绕 组导通，故电机的反电动势为
A Y Z
Fad S N
Faq Fa
B C X II Fr I
如图所示，电枢 磁动势的直轴分 量Fad对转子主磁 极产生最大去磁 作用
特种电机及其控制
36
A Y S Z
Fa Faq
C
N
Fad X
反电动势法
“反电动势法”永磁直流无刷电机控制系统设计O 引言永磁直流无刷电机(BLDCM)是一种典型的机电一体化电机，除了有普通直流电机调试性能好、调速范围宽和调速方式简单的特点外，还有功率因素高、转动惯量小、运行效率高等优点，特别是由于它不存在机械换相器与电刷，大大的减少了换相火花，机械磨损和机械噪声，使得它在中小功率范围内得到了更加广泛的应用，是电机的主要发展方向之一。
对于永磁直流无刷电机的控制方式，可以分为两大类：有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。
典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。
无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的一类控制方式，包含有：反电动势控制方法、磁链计算法、状态观测器法和人工神经网络(ANN)控制法等。
反电动势控制方法中对驱动桥和电机在外电路过流时的保护极为重要，对软件发生错误动作时负载的保护也提出了较高的要求，本文采用反电动势控制方法，以直流无刷稀土电机为研究对象，设计了两个电流保护模块和一个数字逻辑保护电路，提高了系统工作时的安全性，具有较大的研究意义。
1 控制系统总体设计本系统采用PWM反馈控制方式的典型闭环调速系统其中还创新性的加入了逻辑保护电路和两路电流保护电路，控制系统总体设计框图如图1所示。
由转速参考值n0与实际转速的反馈值n相比较，得到的偏差送到转速控制器，经过相应的计算后输出控制信号到PWM控制器，PWM控制器则产生三相桥试逆变器主开关的控制信号，然后由主开关完成对永磁无刷直流电机定子电流的通断，并产生平均意义上旋转的定子电枢合成磁势，由定子电枢合成磁势带动永磁体转子旋转，实现了永磁无刷直流电机的自同步控制。
研究对象永磁直流无刷稀土电机将磁体粘贴到转子铁心表面，组成所谓的隐极式转子结构。
其定子三相对称绕组采用整距、集中绕组，无中线引出线，由电机学原理可知反电动势的波形为一梯形波，而且电机中A、B、C三相是对称的，它们的反电动势只在相位上依次落后120度。
永磁电机的反电动势
永磁电机的反电动势一、引言永磁电机是现代电机中较为先进的一种，它的高效率，高可靠性，高精度等特点，使得其在工业、家电、交通等多种领域得到广泛应用。
其原理基于磁场的作用，其中之一的关键因素就是反电动势。
二、什么是反电动势？反电动势，也称背电势或反电势，是一种产生在电机中的电势。
它的方向与电机输入的电流方向相反，是一种被感应出来的电势。
正是由于反电动势的存在，使得电机在运行过程中能够保持稳定，且不会无限制地消耗电能。
三、反电动势的作用1.保护电机：电机正常运行时，反电动势与电源电压同时存在，能够减小电机内部的电流，避免过载或烧毁的情况发生。
2.调节电机速度：电机运行时反电动势的大小与速度成正比例关系，调节电机输入电压的大小就可以控制反电动势，同时也控制了电机的速度。
3.提高电机效率：电机正常运转时，产生的反电动势能够减少电机内部能量的浪费，从而提高电机的效率。
4.提高电机精度：反电动势可以让电机在一定条件下，保证达到一定的精度，使得电机转速更加稳定。
四、产生反电动势的原理及计算方法1.原理：当永磁电机转子转动时，由于电枢线圈受到磁场的作用，导致电流发生变化，从而产生了反电动势。
2.计算方法：反电动势的计算公式为：E_b=-KφN，其中E_b表示反电动势，K为形状系数，φ为磁通量，N为转速。
五、影响反电动势的因素1.磁通量的大小：磁通量越大，反电动势就越大。
2.转速的大小：转速越快，反电动势也越大。
3.形状系数的大小：形状系数是永磁电机的重要参数，不同的机器具有不同的形状系数，形状系数越大，反电动势就越大。
六、总结反电动势是永磁电机最重要的一部分，它不仅保护了电机，提高了效率，精度，也为电机的调控提供了有力的支持。
在实际应用中，需要根据具体需求来确定形状系数，以保证电机的正常运行。
无刷电机反电动势检测电路
无刷电机反电动势检测电路无刷电机反电动势检测电路，听起来像是个高大上的科技名词，是不是觉得有点晦涩难懂？别急，今天咱们就来轻松聊聊它。
要是你对电机有点兴趣，那这篇文章肯定能帮你解开这个谜团，让你一秒钟从电机小白变成电机达人！什么是无刷电机？说白了，无刷电机就是没有刷子的电机。
这也就意味着，它没有传统电机里那种经常磨损的碳刷，省去了很多麻烦，也提高了效率。
像现在很多的电动工具、电动车、家用电器里，都会用到这种电机。
无刷电机在工作的时候，是通过控制器精确控制电流来产生磁场，从而驱动转子旋转。
听起来是不是很高科技？但别被它的名字吓到，其实它的工作原理一点都不复杂。
不过，咱们今天不谈这些基础的东西。
今天的重点是反电动势检测。
啥是反电动势？哦，说得简单点就是电机在转动时，转子也会产生一个与电流方向相反的电动势。
这种电动势是非常有用的，因为它能告诉我们电机的转速。
只要知道反电动势，就能通过控制器调整电机的工作状态，防止它因为转速过快或过慢而出问题。
你看，电机不只是转着转，它背后还有很多聪明的小脑袋在精密计算、调控。
如何检测这个反电动势呢？这就涉及到反电动势检测电路了。
一般来说，这个电路的作用就是通过采集电机三相绕组的电压信号，计算出反电动势，从而得出转速和位置的精确数据。
说起来容易，做起来可不简单。
要是你用的电机功率大，那反电动势的变化就很复杂，得精细设计电路才能准确测量。
检测电路一般分为两类：一种是直接测量电压，另一种是通过电流推算。
直接测量电压的方式，通常是把三相绕组的电压通过电压采样电路传送给微处理器，然后微处理器就能进行计算，得出反电动势。
虽然这方法简单，但它有个问题，就是电机转速较高时，电压信号可能非常微弱，容易受到外部噪声的干扰，结果就可能不太准确。
另一个方法是通过电流推算，电流和反电动势之间是有一定关系的。
当电机的负载变化时，电流和反电动势就会发生波动，这时候可以通过检测电流变化来推算反电动势。
一种统一的无刷直流电机直接反电动势法
一种统一的无刷直流电机直接反电动势法薛晓明;杨翀【摘要】无刷直流电机直接反电势法研究已经得到了比较广泛的开展,但只适用于上管调制、下管恒通的控制方式。
在研究无刷直流电机传统模型的基础上,根据无刷直流电机的工作原理,构建了无刷直流电机的简化模型,由此简化模型分析了不同PWM技术断开相端电压的特点,提出了通过在PWM开通期间采样断开相端电压与二分之一的母线电压相比较检测反电动势过零点的方法,并进行了样机实验。
实验结果表明：提出的方法能在很宽的电机速度范围内,精确地获得不受PWM影响的反电动势过零点。
【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】7页(P62-68)【关键词】直接反电动势法;无刷直流电机;PWM;无位置传感器;转子位置检测【作者】薛晓明;杨翀【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM351无刷直流电机（BLDCM）以它优越的性能，被广泛地应用于办公自动化、电动汽车、电动自行车、家用电器等各个领域。
在无刷直流电机的控制中，转子位置的检测是至关重要的。
传统的无刷直流电机采用一套位置传感器来获得转子位置信息，从而控制逆变器换相使电流与反电动势相位一致，但使用位置传感器存在工艺安装、周围环境等多种因素的不利影响，因此无刷直流电机的无位置传感器控制成了研究的热点[1]。
无刷直流电机在正常导通时期只有两相绕组通电，另外一相绕组断开，断开相绕组的端电压反映了该相绕组的反电动势信息，利用无刷直流电机的这个特点，一些间接和直接检测断开相绕组反电动势的方法被提了出来[2-10]。
文献[2-4]提出的通过测量断开相绕组端电压和虚拟电机中性点电压之间的关系来间接获得反电动势过零点的方法应用最广泛，但这种方法需要重构电机虚拟中性点，而且滤波电路的使用会导致检测信号与实际反电动势过零点信号产生相移。
文献[5]通过检测定子绕组三次谐波电压来间接获得反电动势过零点，不受PWM调制方式的影响，但也需要重构电机虚拟中性点。
矢量控制同步机反电动势检测方法
矢量控制同步机反电动势检测方法矢量控制同步机反电动势检测方法是指通过测量同步机的反电动势，实现对同步机的控制和保护。
反电动势是指同步机在运行过程中由于电磁感应所产生的反向电动势，它与同步机的转速和磁通有关，是同步机正常运行的重要参考量。
矢量控制是一种高级的控制方式，它可以实现对同步机的电流和电压进行精确控制，从而提高同步机的性能和效率。
反电动势检测是矢量控制的关键环节之一，它可以用来估计同步机的转速和磁通，从而实现对同步机的控制。
常用的矢量控制同步机反电动势检测方法有两种：基于模型的方法和基于测量的方法。
基于模型的方法是通过建立同步机的数学模型，利用模型进行反电动势的估计。
这种方法需要较为复杂的数学模型和计算方法，但由于模型的可控性和准确性较高，可以得到较为精确的反电动势估计结果。
基于模型的方法可以采用传统的数学模型，如dq坐标系模型或复坐标模型，也可以使用神经网络等方法进行建模和估计。
基于测量的方法是通过测量同步机的电流和电压，从中推导和计算反电动势。
这种方法不需要建立复杂的数学模型，直接从测量量出发进行计算，因此比较简单直观。
基于测量的方法可以利用同步机的电流和电压的物理特性，通过变换或运算等方式得到反电动势的估计值。
常用的基于测量的方法有积分计算法、滤波法、平均计算法等。
在实际应用中，基于测量的方法由于简单可行而得到广泛应用。
其中，积分计算法是最常用的方法之一。
该方法利用同步机的三相电流和电压进行积分运算，从而得到反电动势的估计值。
具体计算方法如下：1.对于同步机的三相电流和电压进行滤波处理，以去除高频噪声成分；2.对滤波后的电流和电压分别进行积分运算，得到积分后的电流和电压；3.计算积分后的电流和电压的乘积，并取其平均值，得到反电动势的估计值。
通过以上步骤得到的反电动势估计值可以作为矢量控制同步机的输入参考量，进行转速和磁通的控制和调节。
需要注意的是，基于测量的方法需要在测量和计算过程中考虑实际系统的不确定性和误差，通过合理的滤波和校正方法，提高反电动势的估计精度和稳定性。
无位置传感器无刷直流电机闭环起动方法
无位置传感器无刷直流电机闭环起动方法王强;王友仁;王岭;徐旭明【摘要】针对无位置传感器无刷直流电机起动性能易受负载影响的问题,提出了一种基于直接反电动势的闭环起动新方法.起动包括预定位、加速和切换运行3个过程.分析了加速过程中依据非导通相端电压进行换相的原理,提出了换相点端电压阈值的确定方法.加速过程中,在PWM周期中的ON时刻采样非导通相端电压,并与设定的端电压阈值进行比较来确定换相点;切换运行状态下,通过检测非导通相反电动势过零点延时30°电角度来确定换相点.该方法实现了电机起动过程中位置的闭环控制,因此在不同的负载下均能顺利起动,并且检测电路简单、成本低,便于实现.实验结果表明了所提方法的有效性.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2013(017)011【总页数】6页(P41-46)【关键词】无刷直流电机;无位置传感器;反电动势;端电压;起动【作者】王强;王友仁;王岭;徐旭明【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言无刷直流电机（brushless DC motor，BLDCM）具有结构简单、维护方便、调速性能好、运行效率高等优点，广泛应用于商业、工业、航空航天等领域。
传统的无刷直流电机为了能正确换相，需要一套位置传感器来获得转子相对定子的位置信息。
但是，位置传感器的存在不仅增加了电机的成本、体积而且限制了电机在高温、高湿、强腐蚀性气体等恶劣环境下的应用。
针对该问题，国内外学者提出了多种无位置传感器控制方法，主要有反电动势法［1］、磁链法［2］、电感法［3］及人工智能法［4－8］等。
其中，反电动势法具有简单、实用等优点，在工程上得到了广泛应用，但是当电机静止时反电动势为零，电机无法实现自起动，针对该问题，国内外学者提出了多种起动方法。
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直接反电动势法原理与过零点检测方法
分析了上桥臂PWM 调制、下桥臂恒通调制方式时的端电压波形,讨论相应的反电动势过零点检测方法. 在PWM 调制信号开通状态结束时刻对端电压进行采样,由软件算法确定反电动势过零点. 针对电机运行时存在超前换相或滞后换相的情况,通过设置合理的延迟时间来实现最佳换相. 针对实际电机存在反电动势过零点分布不均匀的情况,根据过零点间隔时间存在着周期性规律,提出一种新的延迟时间设置方法,使换相点位于相邻过零点的中间位置,实现了电机的准确换相. 实验验证了所提出方法的可行性和有效性. 无刷直流电机(BLDCM )具有结构简单、运行效率高和调速性能好等优点,在工业和商业领域得到广泛应用. 近年来, 无刷直流电机的无位置传感器控制一直是国内外的研究热点,较为常见的转子位置信号检测方法有反电动势法、定子电感法、续流二极管法、磁链估计法和状态观测器法等,其中反电动势法最为有效实用.
速时, 分别在PWM 关断和开通阶段检测反电动势,采用2个不同的参考电压获得反电动势过零点,而不需位置传感器和电流传感器,但增加了硬件电路的复杂性. 文献通过比较悬空相绕组端电压和逆变器直流环中点电压的关系,获得反电动势过零点. 该方法无需重构电机中性点, 不使用滤波电路,但需采用硬件电路比较得到过零点.
提出了在on _pwm 调制方式时的反电动势过零点检测方法,采用内置AD 的微控制器在PWM开通时检测悬空相端电压,软件算法中使用简单的代数运算,获得准确的过零点信号. 目前,关于反电动势法的研究多集中在反电动势过零点的检测电路方法和由滤液电路引起的相位误差的消除或补偿方法,但在准确换相方面的研究尚不够深入.
1直接反电动势法原理
无刷直流电机一般采用“两相导通三相六状态”运行方式, 每个工作状态只有两相绕组导通,第三相绕组处于悬空状态,被用来检测反电势过零点. 在检测到反电动势过零点后, 根据换相点滞后过零点30°电角度, 设置对应的延迟时间. 当延迟时间到达后,电机换相进入下一个工作状态.
本文采用基于端电压的直接反电动势检测电路,通过检测悬空相绕组的端电压信号来获得。