反电动势检测法及用途是什么?
反电动势检测法及用途是什么?
反电动势是指由反抗电流发生改变的趋势而产生电动势。反电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。
检测法
永磁无刷直流电动机的绕组反电动势含有转子位置信息，因此常被用于无传感器控制。应用于无传感器控制的反电动势包括电机的相反电动势和三次谐波电动势。而相反电动势的应用方法包括：反电动势过零法、反电动势积分及参考电压比较法、反电动势积分及锁相环法、续流二极管法等。下面介绍反电动势过零法。
反电动势过零法
三相六状态120°通电方式运行的无刷电机在任意时刻总是两相通电工作，另一相绕组是浮地不导通的。这时候非导通绕组的端电压(从绕组端部到直流地之间)或相电(从绕组端部到三相绕组中心点之间)就反映出该相绕组的感应电动势。在实际应用场合，由于电机绕组中心点往往是不引出的，所以，通常将非通电绕组的端电压用于无传感器控制时，称为端电压法。无刷电机气隙磁场包含永磁转子和电枢反应产生的磁场，只是永磁转子产生的磁场和它感应的反电动势才是我们需要的，而电枢反应会引起气隙磁场的畸变和过零点的移动。严格来说，反电动势检测法适用于电枢反应电动势比较小的电机，例如表贴式转子的情况。在有些无刷直流电机中电枢反应比较强，使得非导通相的感应电动势包含较大的电枢反应电动势成分，这样从端电压中提取反电动势过零点就存在较大的误差。这种端电压法容易实现，但往往带有很多噪声干扰信号，需用低通滤波器滤除。续流二极管导通引起的电压脉冲可能覆盖反电动势信号。尤其是在高速重载或者绕组电气时间常数很大情况下，续流二极管导通角度很大，可能使得反电动势无法检测。另外就是存在PWM干扰信号。
在对霍尔传感器正确位置分析时指出，如果以相反电动势过零点定义为0°，为了获得尽可能大的电机转矩输出，同一相的反电动势和电流应当同相位。所以，正确换相点应当在延后30°处。也就是说，在相反电动势过零点后30°时刻，应当就是该相换相点出现时刻。由于每隔60°应当出现一个换相点，检测到反电动势的过零点以后，延时(30+60K)°电角度(K=0，1，2…)就是相应的换相时刻。为了电路设计方便，取K=1，也就是取相反电动势过零点滞后90°电角作为一个换相点。在每一相检测电路将相电压深度滤波，它不仅起到滤波作用，而且将输入的反电动势信号滞后一个90°电角度，从而得到电机换相的时刻。
如图《反电动势检测电路例子》所示。现以U相为例说明该检测电路的工作原理：首先，U相端电压经R60和R71进行降压，然后经一阶低通滤波器深度滤波，使其产生近90°的滞后相移。再经过C44隔直处理，以消除三相电压不对称所引起的过零点漂移。后再经过一次滤波处理，主要是消除高频信号的干扰，基本不产生相位滞后。其输出一路接到比较器U12B的同相输入端，另一路经R61与其他两相耦合，产生电机的中性点电位作为参考电位，接到三个比较器的反相输入端。比较器的翻转点滞后反电动势过零点约90°电角度，即比较器的翻转点对应着电机的换相时刻。电路由R60、R71、C47构成一阶低通滤波器，该滤波器滞后相角极限值为90°电角度，因此C47选择较大电容值。滞后角度和滞后时间随着电机转速增加而增大，所以电机转速较高时，滞后相角接近90°。例如，电路参数采用R60=180kΩ，R71=50kQ，C47=2.2μF时，当转速达到500r/min，相移为85.77°，滞后的相角接近90°。低转速时滞后的相角偏离90°较大，为了不影响电机的出力并获得好的特性需要对相位进行校正。可行方法是在控制器中实时对此滞后时间进行计算，对换相时间进行校正。
用途
下面以常见的直流电磁继电器为例加以说明。
电磁继电器的驱动机构为电磁铁，由铁芯及缠绕在铁芯上的线圈组成，其电气特性与电感完全一样，能够抑制线圈中电流的变化。
通电时，电能转化为磁能，电磁铁产生恒定的磁场，继电器动作。
断电时，电能不再供应，电磁铁线圈失电，电流迅速下降，磁场失去能量来源，磁场逐渐消失，此时磁场由恒定状态变为变化状态。
根据电磁定律，当磁场变化时，附近的导体会产生感应电动势，其方向符合法拉第定律和楞次定律，与原先加在线圈两端的电压正好相反。这个电压就是反电动势。
这也可以用能量守恒定律来解释。通电时，电能转化为磁能，断电时，贮存的磁能转化为电能。
问题是，既然能量守恒，那么这些能量最终到哪里去了呢?这就是能量释放问题，也正是这个问题，造成了反电动势的危害。
继电器一般用开关或晶体管来控制。对于开关来说，在断电瞬间，反电动势会在开关的触点之间产生电火花，造成触点烧蚀。对于晶体管来说，反电动势会导致其击穿损坏。
克服反电动势最简单有效的方法，是在线圈两端反向并联一支二极管(二极管与线圈并联)，当产生反电动势时，电流通过二极管释放，从而保护控制元件。
采用上述方法以后，磁能转化为电能，电能又全部转化为热能散发掉了。
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