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1、單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)效率優(yōu)化控制摘要：本文提出了一種建模方法表征單相無(wú)刷直流（BLDC）風(fēng)扇電機(jī)在信息家電中的應(yīng)用。非線性反電動(dòng)勢(shì)引起的轉(zhuǎn)子磁通與定子繞組是由查找表來(lái)模擬的。通過(guò)參數(shù)識(shí)別和計(jì)算機(jī)仿真，這種建模方法有助于設(shè)計(jì)師進(jìn)行波形分析和控制回路設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)果得到了仿真結(jié)果。另外，為了改善在整個(gè)速度圍控制BLDC風(fēng)扇電機(jī)的效率，本文提出了基于使用霍爾傳感器的閉環(huán)電流控制方法的效率優(yōu)化控制方法。該控制方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并與傳統(tǒng)的開環(huán)PWM控制方案進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速達(dá)到3000RPM時(shí)峰值電流減小了40％和電流有效值減小了18％。關(guān)鍵字：?jiǎn)蜗酂o(wú)刷直流風(fēng)扇電
2、機(jī)，模型，參數(shù)識(shí)別，電流控制方法，效率優(yōu)化1.引言無(wú)刷直流（BLDC）風(fēng)扇電機(jī)由于效率高，成本低，結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)單，免維護(hù)的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于強(qiáng)制空氣冷卻的PC，NB和信息家電中。一種無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)的相繞組可以被歸類為單相，兩相或三相，它們的磁通分布可以是正弦波或梯形波。單相BLDC電機(jī)梯形磁通是PC系統(tǒng)中設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)扇電機(jī)的主要選擇。隨著集成電路的快速發(fā)展，控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成已被廣泛應(yīng)用在風(fēng)扇電機(jī)中?？紤]到芯片的面積和成本，設(shè)置驅(qū)動(dòng)IC的正確規(guī)很重要。因此，計(jì)算機(jī)模擬是設(shè)計(jì)者分析系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。數(shù)學(xué)建模方法與可行的參數(shù)辨識(shí)方法可以顯著的提高電機(jī)的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路。此外，這種建
3、模方法為控制回路設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)響應(yīng)和整體效率提供了一個(gè)平臺(tái)。大多數(shù)商業(yè)單相直流無(wú)刷風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC電路的全橋電路使用開環(huán)電壓的脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方法，適用于變速控制，同時(shí)換向控制是通過(guò)一個(gè)線性霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)[1]。然而，這是不利于電流響應(yīng)因?yàn)榧夥咫娏髟诿總€(gè)換向周期中的開始和結(jié)束會(huì)導(dǎo)致一些不良響應(yīng)，諸如聲學(xué)噪音，降低效率，增加成本。有許多的方法可以補(bǔ)償這種響應(yīng)[2]。推進(jìn)霍爾傳感器的位置使換向發(fā)生之前電流達(dá)到最高值，用這種方法來(lái)限制電流過(guò)大。不過(guò)，實(shí)在是不方便修改安裝在驅(qū)動(dòng)器上的PCB霍爾傳感器的位置。此外，在過(guò)分提前的情況下，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性變差。這種交換方法通常是減
4、少電流尖峰在換向打開之后和換向關(guān)斷之前。然而，這種方法是將轉(zhuǎn)子磁通分布，選擇和霍爾傳感器的位置，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q流零交叉檢測(cè)電平敏感。然而，這種方法是將轉(zhuǎn)子磁通分布，選擇和安置霍爾傳感器，并對(duì)適當(dāng)?shù)膿Q相進(jìn)行零電平交叉檢測(cè)。雖然以上描述的方法可以被使用，但仍然不是在每個(gè)換向周期中的開頭和結(jié)尾去除高低不平的問(wèn)題的根源，所以在不同的風(fēng)扇電機(jī)的寬速度控制應(yīng)用中整體效率將嚴(yán)重退化。單相BLDC風(fēng)扇電機(jī)是一個(gè)高度非線性的電-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。雖然單相無(wú)刷直流風(fēng)扇馬達(dá)具有簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但它的設(shè)計(jì)和控制去實(shí)現(xiàn)高效率，低噪音，低成本和高可靠性是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)和測(cè)試流程。雖然單相BLDC風(fēng)扇
5、電機(jī)的工作原理很簡(jiǎn)單，但它的動(dòng)力學(xué)模型是非常復(fù)雜的。在過(guò)去，適用于單相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制器設(shè)計(jì)通常是一個(gè)直觀的嘗試和錯(cuò)誤的過(guò)程。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種對(duì)單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)的建模方法。效率最優(yōu)化控制方法也用來(lái)控制電機(jī)相電流正比于它的反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)線性霍爾傳感器的反饋控制。圖1單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)的橫截面圖圖2單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)的原理框圖1.建模和參數(shù)辨識(shí)為了探討變換器驅(qū)動(dòng)電路和實(shí)際風(fēng)扇電機(jī)之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)關(guān)系，提出了一種簡(jiǎn)單的建模方法，以滿足不同的要求[3-5]。通過(guò)提出的建模方法，它可以簡(jiǎn)單地和可靠地連接到功率轉(zhuǎn)換器，并且還幫助設(shè)計(jì)師來(lái)分析系統(tǒng)的
6、性能和使設(shè)計(jì)工作更加實(shí)用。A.數(shù)學(xué)建模單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)是常用的，因?yàn)樗麄冊(cè)趶?qiáng)制風(fēng)冷應(yīng)用現(xiàn)代電子設(shè)備中比較容易控制。在本文中列出了一個(gè)四相和單相的無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)的外轉(zhuǎn)子。圖1所示為定子和轉(zhuǎn)子組件與空氣間隙的剖視圖。風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)線圈和繞組端子連接到一個(gè)逆變器，其被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度的頻率。描述單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)的動(dòng)態(tài)行為控制微分方程可以描述為其中，是相電壓輸入值。和是相應(yīng)的定子繞組的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感。是反電動(dòng)勢(shì)引起的轉(zhuǎn)子磁通變化。轉(zhuǎn)矩-速度特性可配制成其中，是電磁轉(zhuǎn)矩，是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是粘性摩擦系數(shù)，是。上述公式（1）和（2）類似于有刷直流電動(dòng)機(jī)兩種常微分方程。
7、從電氣系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械系統(tǒng)是基于其中，K是常數(shù)，是歸一化通量分布的值。轉(zhuǎn)矩常數(shù)是相等的和反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。然而在本文章中，和是轉(zhuǎn)子的位置函數(shù)由于磁通分布。這意味著反電動(dòng)勢(shì)電壓變化與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)系。為此，在建立磁通分布表時(shí)，必須確認(rèn)的等效模型的準(zhǔn)確性。單相無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)的建模可以通過(guò)框圖表示，如圖2所示。電機(jī)被饋以高頻PWM電壓通過(guò)一個(gè)電壓源型全橋PWM整流器。BLDC電機(jī)本質(zhì)上是一種永磁直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向器與電子換向器通過(guò)霍爾傳感器反饋的更換。線性霍爾傳感器的反饋正比于轉(zhuǎn)子的磁通密度，其特征是轉(zhuǎn)子磁通分布表。反電動(dòng)勢(shì)的
