直流無刷電機(jī)由于定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，所以電機(jī)在靜止時(shí)反電動(dòng)勢(shì)為零或低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)很小，此時(shí)無法根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)確定轉(zhuǎn)子磁極的位置。因此，反電動(dòng)勢(shì)法需要采用特殊啟動(dòng)技術(shù)，從靜止開始加速，直至轉(zhuǎn)速足夠大。通過反電勢(shì)能檢測(cè)到過零時(shí)，再切換至直流無刷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。這個(gè)過程稱為“三段式”啟動(dòng)，主要包括轉(zhuǎn)子預(yù)定位、加速和運(yùn)行狀態(tài)切換三個(gè)階段。這樣既可以使電機(jī)轉(zhuǎn)向可控，又可以保證電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后再進(jìn)行切換，保證了啟動(dòng)的可靠性。

下面對(duì)“三段式”啟動(dòng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1、電機(jī)轉(zhuǎn)子預(yù)定位

若要保證直流無刷電機(jī)能夠正常啟動(dòng)，首先要確定轉(zhuǎn)子在靜止時(shí)的位置。

在小型輕載條件下，對(duì)于具有梯形反電勢(shì)波形的直流無刷電機(jī)來說，一般采用磁制動(dòng)轉(zhuǎn)子定位方式。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，任意給定一組觸發(fā)脈沖，在氣隙中形成一個(gè)幅值恒定、方向不變的磁通。只要保證其幅值足夠大，那么這一磁通就能在一定時(shí)間內(nèi)將電機(jī)轉(zhuǎn)子強(qiáng)行定位在這個(gè)方向上。

在應(yīng)用中，可以在任意一組繞組上通電一定時(shí)間，其中預(yù)定位的PWM占空比和預(yù)定位時(shí)間的長(zhǎng)短設(shè)定值可由具體電機(jī)特性和負(fù)載決定，在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)試而得。

在預(yù)定位成功后，轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)前可達(dá)到預(yù)定的位置，為電機(jī)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

2、電機(jī)的外同步加速

確定了電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置后，由于此時(shí)定子繞組中的反電動(dòng)勢(shì)仍為零，所以須人為改變電機(jī)的外施電壓和換相信號(hào)，使電機(jī)由靜止逐步加速運(yùn)動(dòng)。這一過程稱為外同步加速。對(duì)于不同的外施電壓調(diào)整方法和換相信號(hào)調(diào)整方法，外同步加速可劃分為三類：

①換相信號(hào)頻率不變，逐步增大外施電壓使電機(jī)加速，稱為恒頻升壓法。

②保持外施電壓不變，逐漸增高換相信號(hào)的頻率，使電機(jī)逐步加速，稱為恒壓升

頻法。

③在逐步增大外施電壓的同時(shí)，增高換相的頻率，稱為升頻升壓法。

各個(gè)方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如升頻升壓法是人為地給電機(jī)施加一個(gè)由低頻到高頻不斷加速的他控同步切換信號(hào)，而且電壓也在不斷地增加。通過調(diào)整電機(jī)換相頻率，即可調(diào)整電機(jī)啟動(dòng)的速度。調(diào)整方法比較簡(jiǎn)單。但是這個(gè)過程較難實(shí)現(xiàn)。切換信號(hào)的頻率的選擇要根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)和其他參數(shù)來確定。太低，電機(jī)無法加速；太高，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到，會(huì)有噪聲甚至無法啟動(dòng)，算法比較困難。

無論哪種方法，該過程都是在未檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)時(shí)進(jìn)行。因此對(duì)于控制系統(tǒng)來說此段電機(jī)控制是盲區(qū)。參數(shù)在調(diào)試好的時(shí)候，可以快速切換至正常運(yùn)行狀態(tài)；而參數(shù)不理想時(shí)，電流可能不穩(wěn)甚至電機(jī)會(huì)抖動(dòng)。因此，在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電機(jī)及負(fù)載特性設(shè)定合理的升速曲線，并在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成切換。

3、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

當(dāng)電機(jī)通過外同步加速到一定的轉(zhuǎn)速，反電勢(shì)信號(hào)可以準(zhǔn)確檢測(cè)時(shí)，即可由外同步向自同步切換。可以通過試驗(yàn)觀察反電勢(shì)信號(hào)能夠被準(zhǔn)確檢測(cè)的轉(zhuǎn)速。在進(jìn)行切換有兩種方法：一種是測(cè)速模塊可以測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到這一轉(zhuǎn)速時(shí)即可進(jìn)行切換；另一種，通過試驗(yàn)檢測(cè)出達(dá)到預(yù)定切換轉(zhuǎn)速的時(shí)間，通過軟件定時(shí)器設(shè)置切換時(shí)間。

這一步是關(guān)鍵也是比較難實(shí)現(xiàn)的一步。有時(shí)軟件或者硬件設(shè)計(jì)的不合理都可能導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。通常是采用估算的方式來選擇切換速度。

通過上面的分析可知，無位置傳感器直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的難點(diǎn)就是加速及切換階段。當(dāng)電機(jī)順利啟動(dòng)后，就可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速操作。其中，無位置傳感器直流無刷電機(jī)和有位置傳感器直流無刷電機(jī)調(diào)速原理一致。但，由于無感三段式啟動(dòng)過程，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)無效。因此，對(duì)電機(jī)進(jìn)行的速度PID閉環(huán)控制，須在電機(jī)啟動(dòng)順利完成后進(jìn)行。

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