无刷直流电机驱动器及无位置控制技术研究与实现

作     者：温路佳 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任志斌

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无刷直流电机 无位置传感器控制 端电压检测 反激式变换器 硬件电路 

摘      要：无刷直流电机具有效率高、输出转矩大、体积小、动态性能好等优点,使其在军事工业、新能源电动汽车产业、工业自动化以及家用电器等领域被广泛应用。本文以一台750W的无刷直流电机为研究对象,设计了直流母线电压311V且基于无位置传感器控制的无刷直流电机驱动器。本课题设计的驱动器硬件电路由:主电路模块、控制模块以及辅助电源模块组成。针对传统反电动势法无位置传感器控制,存在滤波电路造成相位滞后、启动时反电动势检测困难、重载时换相续流的影响等问题,本文分析一种采用非导通相端电压检测与比较进行直接换相的无刷直流电机无位置传感器控制方法。该方法克服了传统反电动势法存在的诸多缺陷,提高了换相精度,实现了无刷直流电机无位置传感器控制的直接换相。论文主要工作内容如下:(1)简要说明了无刷直流电机的数学模型以及工作原理等相关知识,据此阐述基于非导通端电压检测的无刷直流电机无位置传感器控制方法,并分析非导通相端电压与对应换相点的关系以及启动时的工作特点。(2)对无刷直流电机驱动器的主电路模块与控制模块电路分析。主电路模块硬件电路包括三相逆变桥电路、光耦隔离电路以及驱动电路;控制模块硬件电路包含STM32F103c8t6最小系统电路、基于电阻的电流采样电路、速度输入给定电路、端电压检测电路。(3)分析驱动器辅助电源模块,选用了反激式变换器作为本文辅助电源模块的拓扑结构,完成整流电路、高频变压器、电压反馈电路、辅助电源模块的吸收抑制电路的设计,并对辅助电源模块在调试过程中常见的问题进行分析与解决。(4)在IAR开发环境的基础上完成控制系统的软件编程,并详细的介绍了系统中关键技术的软件实现过程。最后,搭建相应的实验平台,通过对系统各供电电压波形、驱动波形、换相点对比波形、带载速度波形以及相电流波形的分析,验证了驱动器硬件电路的可靠性以及基于非导通相端电压检测的无刷直流电机无位置传感器控制方法的可行性。