CES TEMS 论文分享｜天津工业大学陈炜等：基于非对称电压矢量的四开关逆变器供电无刷直流电机初始转子位置检测

Asymmetric Voltage Vector-Based Initial Rotor Position Detection in Four-Switch Inverter Fed BLDC Motors

Xinmin Li1,2; Kun Liu1; Lu Zhou3; Tingna Shi4; Wei Chen*1,2

1.Tiangong University, Tianjin, China

2.Zhejiang University Advanced Electrical Equipment Innovation Center, Hangzhou, China

3.Tianjin University, Tianjin, China

4.Zhejiang University, Hangzhou, China

X. Li, K. Liu, L. Zhou, T. Shi and W. Chen, "Asymmetric Voltage Vector-Based Initial Rotor Position Detection in Four-Switch Inverter Fed BLDC Motors," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 10, no. 1, pp. 77-86, March 2026, doi: 10.30941/CESTEMS.2026.00005.

摘 要

在由四开关三相（FSTP）逆变器供电的无位置传感器无刷直流（DC）电机（BLDCM）中，只有两相被完全控制，而剩余的相则连接到分体式直流链路电容器的中点。基于电感的初始位置检测所需的电压脉冲会导致串联电容器的不均匀放电，使中性点电压偏离直流链路电压的一半（Udc/2）。这种中性点漂移破坏了逆变器电压矢量的空间对称性，因此在初始转子位置检测期间，360°电周期不能再被均匀地划分为六个扇区。为了解决这个问题，本文提出了一种检测脉冲注入序列，该序列明确地考虑了FSTP逆变器的不对称电压矢量。通过所提出的顺序，可以在30°的电气扇区内识别初始转子位置。该方法不需要额外的电压或电流传感器，实验结果证实了其可行性。

Abstract

In position-sensorless brushless direct current (DC) motors (BLDCMs) fed by a four-switch three-phase (FSTP) inverter, only two phases are fully controlled, while the remaining phase is tied to the midpoint of the split DC-link capacitors. The voltage pulses required by inductance-based initial position detection can cause unequal discharge of the series capacitors, shifting the neutral-point voltage away from half of DC-link voltage (Udc/2). This neutral-point drift breaks the spatial symmetry of the inverter voltage vectors, so the 360° electrical period can no longer be evenly partitioned into six sectors during initial rotor position detection. To address this issue, this paper proposes a detection-pulse injection sequence that explicitly accounts for the asymmetric voltage vectors of the FSTP inverter. With the proposed sequence, the initial rotor position can be identified within a 30° electrical sector. The method requires no additional voltage or current sensors, and experimental results confirm its feasibility.

使用具有容错能力的传统SSTP逆变器的BLDCM驱动器

作者信息

李新旻(Member, IEEE)，1989年出生于湖南。于2011年获得北京科技大学自动化学士学位，并于2017年获得天津大学电气工程博士学位。他目前是浙江大学先进电气设备创新中心的教授，也是天津工业大学电气工程学院的教授。他的研究兴趣包括电机和电机驱动器、电动汽车的电动驱动系统、电力电子和风力发电技术。

刘坤，2001年出生于四川。于2023年获得天津工业大学电气工程与自动化学士学位。他目前正在天津工业大学攻读电气工程硕士学位。他的研究兴趣包括电机、电机驱动器和电力电子。

周璐，1992年出生于安徽。于2015年获得铜陵学院电气工程与自动化学士学位，2018年获得太原理工大学仪器科学与技术硕士学位，2024年获得天津大学电气工程博士学位。他目前是中国电子科技集团公司第四十三研究所的一名工程师。他的研究兴趣包括电机驱动和电力电子。

史婷娜（Senior Member，IEEE），1969年出生于浙江余姚。分别于1991年和1996年获得浙江大学的学士和硕士学位，并于2009年获得天津大学的博士学位，均为电气工程专业。她目前是浙江大学电气工程学院的教授。她目前的研究兴趣包括电机及其控制系统、电力电子和电力驱动。

陈炜(Member, IEEE)，1977年出生于中国山西。分别于2000年、2003年和2006年获得天津大学电气工程学士、硕士和博士学位。他目前是天津工业大学电气工程学院的正教授，中国电机系统设计与制造国家地方联合工程研究中心主任。他的研究兴趣包括电机和驱动器，以及电力电子。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE 副主席 Don Tan 博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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