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摘 要：BLDCM（无刷直流电动机）是由电动机主体与驱动器组成的电机设备，是家用电器和现代工业设备中重要的运动部件，包括有位置传感器的无刷直流电动机和无位置传感器的无刷直流电动机两种结构形式。无位置传感器避免了有位置传感器的无刷直流电机控制精度低、抗干扰能力差、制造工艺复杂等缺点，因此无位置传感器在BLDCM控制系统中的应用是目前电力科研的重要方向。该文重点介绍了无位置传感器技术在BLDCM控制系统中的应用以及其转子位置检测技术中最成熟的反电动势法。
关键词：无位置传感器 反电动势 无刷直流电动机
中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0105-02
目前有位置传感器的无刷直流电动机在电力电子工程中得到广泛的应用，但是由于位置传感器的存在，也使得系统复杂程度提高、成本增加、可靠性降低，对电机的制造工艺也带来了不利的影响。而无位置传感器则免去了上述弊病，故而无位置传感器运行被认为是无刷直流电动机的一种最有推广价值的工作方式。此外，在无位置传感器无刷直流电动机的控制电路中位置检测器采用反电动势法，为进行相位补偿提供条件，同时可以通过转子位置变化精确计算电机瞬时转速。
1 无刷直流电动机
1.1 BLDCM控制系统工作原理
所谓BLDCM控制系统即为无刷直流电动机控制系统，其主要涉及对于无刷直流电动机的运行速度的控制，对于电机中的转矩进行波动抑制以及其内传感器的有效分布与操纵。这种控制系统主要被一些型号较小，重量较轻的电气设备所采用，并在这些设备中的启动环节起到了重要的作用。其与普通的直流电机在构造上有所不同，其首要区别在于无刷直流电动机内部的转子具有永磁性，而普通的直流电动机内部的转子并非永磁体。另外，无刷直流电动机内部还有与驱动相关的集成电路，检测系统检测转子的相关信息转换成电子信号，将这种信号传递给电路部分，对电路进行调控。其相关的控制系统包括逆变器部分、转子检测部分与实施控制部分。首先，无刷直流电动机利用电流进行转动，其内转子所处的位置通过上述的集成电路检测出来，随后这种信号被传递到控制系统，对电路进行控制。这便是无刷直流电动机的工作原理。
1.2 无位置传感器控制过程
常见的运用无位置传感器控制系统的设备例如电冰箱，微波炉等小型用电设备，在这些家用小型电器当中，在无刷直流电动机的内部安装霍尔效应半导体，这种霍尔元件可以有效地检测出无刷直流电动机中转子的转速，而除了霍尔效应半导体之外，还安装有由光学玻璃制成的光电码盘，这种部件上具有许多通路，其分为光可透过部分及光不可透过部分，其被设置在无刷直流电动机内部可以有效地检测出转子的位置所在，这是一种检测方法。另外，可以通过对无刷直流电动机的电流进行检测，并对其所占用的电压进行数据记录，通过推算分析可以得到无刷直流电动机内部转子的转速与位置所在。正是因为这种检测方式并不是通过对无刷直流电动机进行拆卸从而得到转子的位置，而是通过其他量与数据的推算而得出的，所以其被称之为无位置传感器控制系统，这亦是其工作的原理。
1.3 反电动势法检测转子位置
反电动势法检测转子位置具有众多的优点，其中，方法简单便是最显著的一个优点。但是，当无刷直流电动机的转速较低时，会造成电机的电动势较小，这时采用反电动势法检测转子位置就会由于电动势过低造成检测难度加大，转子位置不易确定的问题出现。传统的反电动势法过零检测存在缺陷，但是，通过对其进行部分简化，采用实时检测确定无刷直流电动机内部通过的电流大小以及其在电路中所分担的电压大小，这时，再采用线路中的定值电阻自身的参数进行公式计算，并通过反电动势法的数学模型进行计算分析，最终完成对无刷直流电动机中电子检测装置的控制。这种方法不但继承了传统方法的简单方便，并且在数据处理的时候缩短了许多步骤，并提高了最终结果的精确度，并且，传统方法中当电动势较低时测定结果会有较大的偏差，而这种简化后的反电动势检测方法极大地拓展了电动势的有效范围，提升了检测的精确度。
2 BLDCM系统设计
2.1 硬件设计
BLDCM系统设计当中的主要硬件设计便是其内部的芯片组件及其他线路，其他线路中又包含与检测相关的信号检测线路，信号转换线路与信号传递线路，信号处理线路，还包括保护线路，驱动线路等。整体控制系统首先根据给定的电机速度与内部的保护电路信号传递给DSP部分，这部分组件再将信号传递给IR2136完成一次信号的传递。它又对BLDCM中的电流与转子位置完成了检测，这部分检测的信号再次传递给DSP部分，由它传递给显示器部分完成了最终的数据显示。这便是BLDCM系统整体的硬件设计。其中，DSP组件部分的芯片内部包含有6个单元组件，这六组PWM的主要功能是促进无刷直流电动机转动。除此之外，电机中的脉冲电路可用来处理其他脉冲电流从而使DPS系统进行电机转速的计算。DPS系统中的TMS部分包含12支内部信号，由控制系统中的功率管进行组件控制。在硬件系统当中，DPS部分最主要的功效便是对于无刷直流电动机中转子转速的测定，并依据转码器与计算部件对无刷直流电动机的转速进行测定。
2.2 软件设计
根据无刷直流电动机中的硬件构造进行软件设计，并将设计好的软件植入到硬件组织的芯片中，根据软件中的数学模型与计算方式对所测的信号与数据进行分析处理，得出所需要的数据结果。最终，硬件部分与软件部分得以结合，共同为无刷直流电动机的位置确定与转速计算进行处理。软件部分需要通过相应的安装程序才能将其有效地植入到芯片中，并保证其功效与运行正常。在大多数的无刷直流电动机的软件开发中，大多采用的是CCS3.3作为无刷直流电动机中DPS组件设计的基本软件。所谓CCS，即为DPS的集成开发系统。通过可视化的窗口进行多种计算机语言的综合应用，进行程序的编写。开发的过程中选择XDS510硬件仿真器与该软件进行连接。所谓硬件仿真器就是对于无刷直流电动机当中的硬件部分进行模拟，创造出硬件的环境，然后依据在该模拟硬件环境上进行程序编写与软件设计，通过CCS3.3编写出相关的数据流程，该流程可以有效地检测无刷直流电动机当中的有效信息，其包括信息的测定，信息的转码，信息的传输，信息的接收以及信息的处理应用。只有在软件的编写当中形成有效的信息传递流程图，才能保证所设计的软件适合于硬件的要求。
2.3 上电实验
在对无刷直流电动机进行完硬件部分的设计以及软件部分的设计之后，对于这两者能否进行有效的结合并对信息进行计算处理进行确定，就需要进行上电实验。所谓上电实验，就是对硬件与软件设计完毕的无刷直流电动机进行定额通电，观察其测定的电流额度是否与给予的电流水平与电压水平相同，其基础是在控制系统的控制下保证电机从静止状态到运行状态的平稳过渡与稳定运行，并具备有效的控制调节过程。
3 结语
在无刷直流电动机的运行当中，对于转子的检测是十分重要的，其既可以显示出电机的运行速度，又能够显示出电机的运行位置。而该文通过对无刷直流电动机进行分析，就其BLDCM控制系统工作原理，无位置传感器控制过程以及反电动势法检测转子位置进行分析，并对其BLDCM系统设计中硬件设计，软件设计以及上电实验进行阐述，从而使读者对无刷直流电动机的运转有一个清晰明了的认识。
参考文献
[1] 武凯迪，袁登科.无位置传感器无刷直流电机启动方法研究[J].机电一体化，2014，20（11）：33-39.
[2] 李奎.一种无位置传感器无刷直流电机控制器设计[J].微电机，2016，49（4）：67-71.
关键词：无位置传感器 反电动势 无刷直流电动机
中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0105-02
目前有位置传感器的无刷直流电动机在电力电子工程中得到广泛的应用，但是由于位置传感器的存在，也使得系统复杂程度提高、成本增加、可靠性降低，对电机的制造工艺也带来了不利的影响。而无位置传感器则免去了上述弊病，故而无位置传感器运行被认为是无刷直流电动机的一种最有推广价值的工作方式。此外，在无位置传感器无刷直流电动机的控制电路中位置检测器采用反电动势法，为进行相位补偿提供条件，同时可以通过转子位置变化精确计算电机瞬时转速。
1 无刷直流电动机
1.1 BLDCM控制系统工作原理
所谓BLDCM控制系统即为无刷直流电动机控制系统，其主要涉及对于无刷直流电动机的运行速度的控制，对于电机中的转矩进行波动抑制以及其内传感器的有效分布与操纵。这种控制系统主要被一些型号较小，重量较轻的电气设备所采用，并在这些设备中的启动环节起到了重要的作用。其与普通的直流电机在构造上有所不同，其首要区别在于无刷直流电动机内部的转子具有永磁性，而普通的直流电动机内部的转子并非永磁体。另外，无刷直流电动机内部还有与驱动相关的集成电路，检测系统检测转子的相关信息转换成电子信号，将这种信号传递给电路部分，对电路进行调控。其相关的控制系统包括逆变器部分、转子检测部分与实施控制部分。首先，无刷直流电动机利用电流进行转动，其内转子所处的位置通过上述的集成电路检测出来，随后这种信号被传递到控制系统，对电路进行控制。这便是无刷直流电动机的工作原理。
1.2 无位置传感器控制过程
常见的运用无位置传感器控制系统的设备例如电冰箱，微波炉等小型用电设备，在这些家用小型电器当中，在无刷直流电动机的内部安装霍尔效应半导体，这种霍尔元件可以有效地检测出无刷直流电动机中转子的转速，而除了霍尔效应半导体之外，还安装有由光学玻璃制成的光电码盘，这种部件上具有许多通路，其分为光可透过部分及光不可透过部分，其被设置在无刷直流电动机内部可以有效地检测出转子的位置所在，这是一种检测方法。另外，可以通过对无刷直流电动机的电流进行检测，并对其所占用的电压进行数据记录，通过推算分析可以得到无刷直流电动机内部转子的转速与位置所在。正是因为这种检测方式并不是通过对无刷直流电动机进行拆卸从而得到转子的位置，而是通过其他量与数据的推算而得出的，所以其被称之为无位置传感器控制系统，这亦是其工作的原理。
1.3 反电动势法检测转子位置
反电动势法检测转子位置具有众多的优点，其中，方法简单便是最显著的一个优点。但是，当无刷直流电动机的转速较低时，会造成电机的电动势较小，这时采用反电动势法检测转子位置就会由于电动势过低造成检测难度加大，转子位置不易确定的问题出现。传统的反电动势法过零检测存在缺陷，但是，通过对其进行部分简化，采用实时检测确定无刷直流电动机内部通过的电流大小以及其在电路中所分担的电压大小，这时，再采用线路中的定值电阻自身的参数进行公式计算，并通过反电动势法的数学模型进行计算分析，最终完成对无刷直流电动机中电子检测装置的控制。这种方法不但继承了传统方法的简单方便，并且在数据处理的时候缩短了许多步骤，并提高了最终结果的精确度，并且，传统方法中当电动势较低时测定结果会有较大的偏差，而这种简化后的反电动势检测方法极大地拓展了电动势的有效范围，提升了检测的精确度。
2 BLDCM系统设计
2.1 硬件设计
BLDCM系统设计当中的主要硬件设计便是其内部的芯片组件及其他线路，其他线路中又包含与检测相关的信号检测线路，信号转换线路与信号传递线路，信号处理线路，还包括保护线路，驱动线路等。整体控制系统首先根据给定的电机速度与内部的保护电路信号传递给DSP部分，这部分组件再将信号传递给IR2136完成一次信号的传递。它又对BLDCM中的电流与转子位置完成了检测，这部分检测的信号再次传递给DSP部分，由它传递给显示器部分完成了最终的数据显示。这便是BLDCM系统整体的硬件设计。其中，DSP组件部分的芯片内部包含有6个单元组件，这六组PWM的主要功能是促进无刷直流电动机转动。除此之外，电机中的脉冲电路可用来处理其他脉冲电流从而使DPS系统进行电机转速的计算。DPS系统中的TMS部分包含12支内部信号，由控制系统中的功率管进行组件控制。在硬件系统当中，DPS部分最主要的功效便是对于无刷直流电动机中转子转速的测定，并依据转码器与计算部件对无刷直流电动机的转速进行测定。
2.2 软件设计
根据无刷直流电动机中的硬件构造进行软件设计，并将设计好的软件植入到硬件组织的芯片中，根据软件中的数学模型与计算方式对所测的信号与数据进行分析处理，得出所需要的数据结果。最终，硬件部分与软件部分得以结合，共同为无刷直流电动机的位置确定与转速计算进行处理。软件部分需要通过相应的安装程序才能将其有效地植入到芯片中，并保证其功效与运行正常。在大多数的无刷直流电动机的软件开发中，大多采用的是CCS3.3作为无刷直流电动机中DPS组件设计的基本软件。所谓CCS，即为DPS的集成开发系统。通过可视化的窗口进行多种计算机语言的综合应用，进行程序的编写。开发的过程中选择XDS510硬件仿真器与该软件进行连接。所谓硬件仿真器就是对于无刷直流电动机当中的硬件部分进行模拟，创造出硬件的环境，然后依据在该模拟硬件环境上进行程序编写与软件设计，通过CCS3.3编写出相关的数据流程，该流程可以有效地检测无刷直流电动机当中的有效信息，其包括信息的测定，信息的转码，信息的传输，信息的接收以及信息的处理应用。只有在软件的编写当中形成有效的信息传递流程图，才能保证所设计的软件适合于硬件的要求。
2.3 上电实验
在对无刷直流电动机进行完硬件部分的设计以及软件部分的设计之后，对于这两者能否进行有效的结合并对信息进行计算处理进行确定，就需要进行上电实验。所谓上电实验，就是对硬件与软件设计完毕的无刷直流电动机进行定额通电，观察其测定的电流额度是否与给予的电流水平与电压水平相同，其基础是在控制系统的控制下保证电机从静止状态到运行状态的平稳过渡与稳定运行，并具备有效的控制调节过程。
3 结语
在无刷直流电动机的运行当中，对于转子的检测是十分重要的，其既可以显示出电机的运行速度，又能够显示出电机的运行位置。而该文通过对无刷直流电动机进行分析，就其BLDCM控制系统工作原理，无位置传感器控制过程以及反电动势法检测转子位置进行分析，并对其BLDCM系统设计中硬件设计，软件设计以及上电实验进行阐述，从而使读者对无刷直流电动机的运转有一个清晰明了的认识。
参考文献
[1] 武凯迪，袁登科.无位置传感器无刷直流电机启动方法研究[J].机电一体化，2014，20（11）：33-39.
[2] 李奎.一种无位置传感器无刷直流电机控制器设计[J].微电机，2016，49（4）：67-71.