直流无刷电机及其驱动技术教学教材
无刷直流电机原理(个人整理版)PPT课件
3.5反电动势
3.工作原理 BLDC 电机转动时，每个绕组都会产生叫做反电动势的电压，根据 楞次定律，其方向与提供给绕组的主电压相反。这一反电动势的极性与励 磁电压相反。反电动势主要取决于三个因素：
转子角速度
转子磁体产生的磁场
定子绕组的匝数
电机设计完毕后，转子磁场和定子绕组的匝数都是固定的。唯一决 定反电动势的因素就是角速度，或者说转子转速，随着转子转速的提高， 反电动势也随之增加。反电动势常数可用于估计给定转速下的反电动势。
定、转子磁芯均由高频导磁材 料(如软磁铁氧体)制成。
定子有6个级，间隔的三个极 为同一绕组，接高频电源，作为 励磁极，其他为感应极，作为输 出端。
电机运行时，输入绕组中通以 高频激磁电流，当转子扇形磁芯 处在输出绕组下面时，输入和输 出绕组通过定、转子磁芯耦合， 输出绕组中则感应出高频信号， 经滤波整形和逻辑处理后，即可 控制逆变器开关管。
1. 线性型 2. 开关型 3. 锁存型
2.5.4旋转变压器
2.结构构成 旋转变压器的输出电压与转子转角呈一定的函数关系，它又是一种精密测位用的 机电元件，在伺服系统、数据传输系统和随动系统中也得到了广泛的应用。 这种变压器的原、副边绕组分别装在定、转子上。原、副边绕组之间的电磁耦合 程度由转子的转角决定，意味着：转子绕组的输出电压大小及相位必然与转子的转 角有关。
我们把这种利用电子电路来实现电枢绕组内电流变化的物理过程称为电子换向 （相）或“换流”。每“换流”一次，定子磁状态就改变一次，连续不断地“换流”， 就会在工作气息内产生一个跳跃式的旋转磁场。
1.3无刷直流电机与有刷直流电机比较
1.特点应用
特性
无刷直流电机
换向器 寿命
基于霍尔传感器的电子换向 较长
《无刷直流电机》课件
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
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05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
无刷直流电机的驱动及控制教材
无刷直流电机驱动James P. Johnson, Caterpiller公司本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。
无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。
通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。
正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。
该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。
BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。
可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。
2011-01-3023.1 BLDC基本原理在众文献中无刷直流电动机有许多定义。
NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。
不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。
”图23.1 无刷直流电机构形2011-01-31若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括：1 永磁同步电机（PMSMs）；2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机；3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机；4 内嵌式磁铁无刷直流电机；5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机；6 轴向磁通无刷直流电机。
图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。
永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。
许多无刷直流电机的绕组也是这样。
表面安装式磁铁无刷直流电机的反电势波形通常取决于磁铁的磁场取向。
要获得正弦形反电势的一般方法是采用磁铁的并联式磁化方向。
直流无刷电机及其驱动技术教学教材
的导通实现换相。
开关型霍尔传感器
霍尔元件+信号处理电路=霍尔பைடு நூலகம்感器 利用霍尔效应，当施加的磁场达到“动作点”时，OC门
输出低电压，称这种状态为“开”; 当施加磁场达到“释放点” 使OC门输出高电压，称其为
“关” 施密特触发器通过引入“磁场门限”消除振荡现象。
多对转子磁极时霍尔传感器的输出波形及编码
当转子为两对磁极时，如转子旋转一周即360度机械角度时霍尔 传感器输出两个周波即720度电角度。
机械角度是指电机转子的旋转角度,由Θm表示； 电角度是指磁场的旋转角度，由Θe表示。 当转子为一对极时，Θm=Θe；当转子为n对极时，Θe=nΘm。 例如，所示的BLDC 电机转子有两对磁极， 3个霍尔开关间隔60
的方向运动, 如此反复, 就产生了定子磁势与 转子磁势相差60-120度，平均90度的关系。
力矩的波动
换相转矩脉动：每次换相时，由于绕组电感的作用电流不 能突变，电流的过渡过 程 产生力矩波动。
由于转矩存在波动，限制了它在对速度变化比较敏感的场 合的应用。但当速度较高时，负载的转动惯量会对此产生 平滑作用。
无论是开环还是闭环系统，都必须具备转子位置检测、发 出换相信号、调速时对直流电压的PWM控制等基本功能。
BLDC电机的速度---力矩特性曲线
在连续工作区，电机可被加载直至额定转矩Tr. 在电机起停阶段，需要额外的力矩克服负载惯性。这时可
使其短时工作在短时工作区，只要其不超过电机峰值力矩 Tp且在特性曲线之内即可。
2. 工作原理
1）旋转磁场如何产生？
BLDC本质上是一种同步电机，即定子绕组通电产生旋转 磁场，吸引转子磁极与之对准，产生轴的运动。
《直流电机教案版》课件
《直流电机教案版》PPT课件第一章：直流电机概述1.1 直流电机的定义介绍直流电机的概念和基本原理解释直流电机的工作原理和特点1.2 直流电机的分类介绍直流电机的主要类型，包括永磁直流电机、有刷直流电机和无刷直流电机解释每种类型的结构和应用场景第二章：直流电机的基本结构2.1 磁铁和线圈介绍磁铁和线圈在直流电机中的作用和结构解释磁铁的极性和线圈的绕组方式2.2 换向器和电刷介绍换向器和电刷的作用和结构解释换向器的工作原理和电刷的维护方法第三章：直流电机的工作原理3.1 电能转换为机械能解释电能如何转换为机械能的过程介绍电机的电磁力和转矩的概念3.2 机械能转换为电能解释机械能如何转换为电能的过程介绍电机反转和制动的概念第四章：直流电机的特性4.1 转速特性介绍转速特性及其与电机参数的关系解释转速与电压、电流和负载之间的关系4.2 转矩特性介绍转矩特性及其与电机参数的关系解释转矩与电流、电压和负载之间的关系第五章：直流电机的控制5.1 开关控制介绍开关控制在直流电机中的应用解释开关控制原理和控制电路5.2 调速控制介绍调速控制在直流电机中的应用解释调速控制原理和控制方法第六章：直流电机的应用6.1 工业应用介绍直流电机在工业生产中的应用，如电动机、搅拌机等解释直流电机在工业应用中的优势和特点6.2 交通工具应用介绍直流电机在交通工具中的应用，如电动汽车、电动自行车等解释直流电机在交通工具应用中的优势和特点第七章：直流电机的维护与保养7.1 日常维护介绍直流电机日常维护的内容和方法解释维护的重要性以及如何延长电机寿命7.2 故障排除介绍常见直流电机故障及其原因解释故障排除方法和预防措施第八章：直流电机的安全操作8.1 操作规范介绍直流电机的安全操作规范和要求解释操作不当可能导致的危险和事故8.2 紧急处理介绍直流电机发生故障时的紧急处理方法解释如何应对突发情况以确保人身和设备安全第九章：直流电机的发展趋势9.1 技术创新介绍直流电机技术发展趋势，如高效、节能、环保等解释新技术在直流电机中的应用和优势9.2 市场前景介绍直流电机市场发展趋势和应用领域分析市场需求和产业发展前景第十章：复习与练习10.1 复习重点内容回顾本课件讲述的主要内容和知识点强调重点和难点，帮助学生巩固记忆10.2 练习题设计一些关于直流电机的问题，包括选择题、填空题和简答题提供答案和解题思路，帮助学生检验学习效果重点和难点解析六、直流电机的应用：这一章节介绍了直流电机在不同领域中的应用，包括工业生产和交通工具。
专题7直流无刷电机控制ppt课件
电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。
有刷电机定子有两个磁极，小电机直接使用永磁体做励磁磁场，大功率电机用励磁线圈 产生的电磁铁。
使用三极管或者MOS管搭建的H桥驱动电路，可以实现有刷电机速度和方向控制。
电机按一定方向转动时，3个霍尔的输出会按照6步的规律变化，见图
结合之前介绍的BLDC六步控制，在每个霍尔信号都对应一个BLDC控制步，使得BLDC旋 转一个角度，这样可以制作下表：
特别注意，一般BLDC厂家都会给出一个霍尔传感器和绕组得电情况对应关系表，不一定跟上面 两个表都完全对应一致，但是原理分析都是一致的。
然后，MOS管驱动IC这里用到IR2110S。R2110芯片体积小(SOIC-16)，集成度高(可驱动同 一桥臂两路)，响应快( ton /tof = 120/94 n s )，偏值电压高(<600 V )，驱动能力强，内设
欠压封锁，而且易于调试，并设有外部保护封锁端口。尤其是上管驱动采用外部自举电 容上电，使得驱动电源路数目较其他IC驱动大大减小。对于BLDC驱动需要6个桥臂，需 要用到3片IR2110S来驱动，虽然如此也是仅需要一路10~20V电源，从而大大减小了控制 变压器的体积和电源数目,降低了产品成本,提高了系统的可靠性。 NMOS管的导通基本条件就是VGS大于一定的阈值电压VGS(th)，IRF540的VGS(th)是4V(最 大值)。我们为IR2110S设计的电源电压为15V，IR2110S的低端驱动，即驱动Q6的IRF540， 很容易就实现NMOS管驱动条件。对于高端驱动，即驱动Q5的IRF540，就需要“自举电 路”的支持，自举电路通俗点就是升压电路，电路中的D7二极管和C13电容用于自举电 路，简单来说在该电路中，自举电路的作用是使得IR2110S高端驱动，即IR2110S的第8引 脚HO输出信号可以满足大于VGS(th) 。
《直流电机教案》课件
《直流电机教案》课件第一章：直流电机简介1.1 直流电机的概念介绍直流电机的定义和基本原理解释直流电机的工作原理和结构组成1.2 直流电机的类型区分不同类型的直流电机，如永磁直流电机、有刷直流电机和无刷直流电机等介绍每种类型直流电机的特点和应用领域第二章：直流电机的工作原理2.1 电枢绕组和磁极解释电枢绕组和磁极的作用和相互关系介绍电枢绕组和磁极的构造和特点2.2 电磁感应原理讲解电磁感应原理在直流电机中的应用演示电磁感应实验和解释其原理第三章：直流电机的运行特性3.1 转速和转矩介绍直流电机的转速和转矩的概念分析影响转速和转矩的因素，如电流、电压和负载等3.2 电动势和电流解释直流电机的电动势和电流的关系探讨电动势和电流的调节方法及其影响因素第四章：直流电机的控制技术4.1 电枢电压控制介绍电枢电压控制的方法和原理分析电枢电压控制对直流电机运行的影响4.2 电枢电流控制解释电枢电流控制的方法和原理探讨电枢电流控制对直流电机运行的调节作用第五章：直流电机的应用领域5.1 工业应用介绍直流电机在工业领域的应用实例，如电动汽车、和电梯等分析直流电机在工业应用中的优势和局限性5.2 消费电子应用解释直流电机在消费电子领域的应用实例，如电动玩具、吸尘器和风扇等探讨直流电机在消费电子应用中的发展趋势和挑战。
第六章：直流电机的维护与故障排除6.1 维护注意事项介绍直流电机日常维护的基本要点讲解维护过程中应避免的问题和操作错误6.2 故障排除方法分析常见的直流电机故障及其原因教授故障排除的步骤和技巧，包括诊断和修复第七章：直流电机的节能与环保7.1 节能原理与技术解释直流电机节能的原理和方法探讨节能技术在直流电机中的应用和效果7.2 环保法规与标准介绍环保法规对直流电机的影响分析直流电机环保标准的发展趋势第八章：直流电机在新能源汽车中的应用8.1 新能源汽车概述介绍新能源汽车的定义和分类解释新能源汽车与传统汽车的区别8.2 直流电机在电动汽车中的应用探讨直流电机在电动汽车中的关键作用分析电动汽车中直流电机的发展趋势和技术挑战第九章：直流电机在技术中的应用9.1 电机需求解释技术对电机的要求和特点分析电机应用的挑战和解决方案9.2 直流电机在中的应用案例介绍直流电机在各个关节中的应用实例探讨技术发展对直流电机性能的影响第十章：未来直流电机的发展趋势10.1 新材料与技术创新介绍新材料和技术在直流电机发展中的作用分析未来直流电机技术发展的可能性10.2 市场与应用前景探讨全球直流电机市场的趋势预测直流电机在不同应用领域的前景和机遇重点和难点解析1. 第一章：直流电机简介直流电机的概念：理解直流电机的基本原理和工作方式。
《无刷直流电机》课件
技术创新推动产业
发展
技术创新是无刷直流电机产业发 展的重要驱动力，未来产业的发 展将更加依赖于技术创新的推动 。
产业链不断完善
随着无刷直流电机市场的不断扩 大，产业链上下游企业将不断完 善，形成完整的产业链条。
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控制电机的输入电压或电流，调节电机的 转速和转矩。
包括控制器、驱动电路和传感器等。
技术要求
发展趋势
需具备高精度控制、快速响应、安全可靠 等特点，以确保电机稳定运行。
随着电力电子技术和控制技术的发展，无 刷直流电机控制系统正朝着数字化、智能 化、网络化的方向发展。
03
无刷直流电机的应用
家电领域
空调
《无刷直流电机》PPT课件
• 无刷直流电机简介 • 无刷直流电机的结构与组成 • 无刷直流电机的应用 • 无刷直流电机的优缺点 • 无刷直流电机的发展趋势与未来展望
01
无刷直流电机简介
定义与特点
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定义：无刷直流电机是一种电子换相的电机，主要由电机 本体、位置传感器和电子开关线路组成。
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特点
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高效、节能。
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结构简单、运行可靠。
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调速性能好，控制精度高。
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体积小、重量轻。
工作原理Biblioteka 010203
工作原理概述
无刷直流电机通过电子换 相，将直流电能转换为机 械能，实现电机的旋转运 动。
换相过程
工业自动化领域对电机的性能和可靠性要求较高，无刷直流电机能够满 足这些需求，未来在工业自动化领域的应用将进一步拓展。
直流无刷电机及其驱动技术
直流无刷电机的未来发展趋势
05
智能化随着智能化技术的不断发展 ，直流无刷电机将实现更加智能化和自适应化的控制和调节。
节能环保化随着全球环保意识的不断提高 ，直流无刷电机的节能环保技术将不断创新和发展 ， 以降低能耗和减少对环境的影响。
高性能化为满足高精度、高速度和高效能等要求 ，直流无刷电机将继续朝着高性能化方向发展。
控制电路
控制方式
调速方法
直流无刷电机的控制方式
直流无刷电机的驱动技术
03
01 电源模块为电机提供电能 ， 同时隔离输入电源和电机 ，保护人身安全。02 控制电路产生控制信号 ，控制开关管的导通和关断 ，进而控制电机的旋转。03 驱动电路将控制信号放大 ，驱动电机旋转。
直流无刷电机驱动电路的基本组成
全桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转、停止和发电状态 ，适用于高速、高转矩 的应用场景。
半桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止 ，适用于低速、低转矩的应用场景。
H桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止。
本文的章节安排
直流无刷电机的基本原理
02
结构
定义
直流无刷电机的定义与结构
工作原理直流无刷电机通过位置传感器实时监测转子的位置 ，控制器根据位置传感器的信号来控制功率电路的通断 ，从而控制电机的转向和转速。
特点直流无刷电机具有高效率、高可靠性、低维护和长寿命等优点。
直流无刷电机的工作原理
直流无刷电机在汽车领域的应用
01
02
03
高性能要求直流无刷电机可以满足航空航天领域对高性能电机的需求 ，具有高精度、高温、高防护等级 等要求。适应恶劣环境直流无刷电机可以在恶劣环境中稳定运行 ，适应航空航天领域复杂的环境条件。
直流无刷电机驱动器说明书（1）
直流⽆刷电机驱动器说明书（1）BLDC⽆刷电机驱动器(UB510)使⽤⼿册w w w.u p u ru.c o m感谢您使⽤本产品，本使⽤操作⼿册提供UB510驱动器的配置、调试、控制相关信息。
内容包括。
l驱动器和电机的安装与检查l试转操作步骤l驱动器控制功能介绍及调整⽅法l检测与保养l异常排除本使⽤操作⼿册适合下列使⽤者参考l安装或配线⼈员l试转调机⼈员l维护或检查⼈员在使⽤之前，请您仔细详读本⼿册以确保使⽤上的正确。
此外，请将它妥善放置在安全的地点以便随时查阅。
下列在您尚未读完本⼿册时，请务必遵守事项： l安装的环境必须没有⽔⽓，腐蚀性⽓体及可燃性⽓体l接线时禁⽌将电源接⾄电机 U、V、W 的接头，⼀旦接错时将损坏驱动器 l在通电时，请勿拆解驱动器、电机或更改配线l在通电运作前，请确定紧急停机装置是否随时启动l在通电运作时，请勿接触散热⽚，以免烫伤警告：驱动器⽤于通⽤⼯业设备。
要注意下列事项：(1).为了确保正确操作，在安装、接线和操作之前必须通读操作说明书。
(2).勿改造产品。
(3).当在下列情况下使⽤本产品时，应该采取有关操作、维护和管理的相关措施。
在这种情况下，请与我们联系。
①⽤于与⽣命相关的医疗器械。
②⽤于可能造成⼈⾝安全的设备，例如：⽕车或升降机。
③⽤于可能造成社会影响的计算机系统④⽤于有关对⼈⾝安全或对公共设施有影响的其他设备。
(4).对⽤于易受震动的环境，例如：交通⼯具上操作，请咨询我们。
(5).如未按上述要求操作，造成直接或间接损失，我司将不承担相关责任。
1概述本公司研发⽣产的BLDC驱动器是⼀款⾼性能，多功能，低成本的带霍尔传感器直流⽆刷驱动器。
全数字式设计使其拥有灵活多样的输⼊控制⽅式，极⾼的调速⽐，低噪声，完善的软硬件保护功能，驱动器可通过串⼝通信接⼝与计算机相连，实现PID参数调整，保护参数，电机参数，加减速时间等参数的设置，还可进⾏IO输⼊状态，模拟量输⼊，告警状态及母线电压的监视。
《直流电机教案版》课件
《直流电机教案版》课件一、教学目标1. 了解直流电机的构造和原理，掌握其工作特点。
2. 学会使用直流电机，并能对其进行简单的维护和故障排除。
3. 理解直流电机在现代科技领域中的应用，提高学生的学习兴趣和实际操作能力。
二、教学内容1. 直流电机的构造：了解直流电机的基本组成部分，如定子、转子、换向器、电刷等。
2. 直流电机的原理：学习直流电机的工作原理，包括电磁感应、换向过程等。
3. 直流电机的工作特点：掌握直流电机启动、制动、调速等特点。
4. 直流电机的应用：了解直流电机在各个领域的应用实例。
5. 直流电机的维护与故障排除：学习直流电机的日常维护方法，掌握故障排除技巧。
三、教学方法1. 采用多媒体课件，结合实物图片和动画，生动展示直流电机的构造和原理。
2. 利用实验设备和模型，进行现场演示，让学生亲身体验直流电机的工作过程。
3. 开展小组讨论，引导学生主动探究直流电机的工作特点和应用领域。
4. 设置实践操作环节，培养学生动手能力和解决实际问题的能力。
四、教学步骤1. 导入新课：简要介绍直流电机的历史和现状，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解直流电机的构造：展示多媒体课件，讲解各部分组成和作用。
3. 讲解直流电机的工作原理：通过动画演示，讲解电磁感应和换向过程。
4. 分析直流电机的工作特点：结合实际例子，总结直流电机的工作特性。
5. 介绍直流电机的应用：展示各个领域中的直流电机应用实例。
6. 总结本节课内容：强调直流电机的重要性和实际应用价值。
五、课后作业1. 绘制直流电机的结构图，并简要说明各部分的作用。
2. 列举生活中常见的直流电机应用实例，并分析其工作特点。
3. 查阅资料，了解直流电机的未来发展前景。
六、教学评价1. 知识掌握：评价学生对直流电机构造、原理、工作特点和应用领域的掌握程度。
2. 实践操作：评估学生在实验和实际操作中使用直流电机的能力。
3. 思考与创新：考察学生对直流电机技术发展的了解，以及提出改进和创新方案的能力。
直流电动机说课课件
Commutation Diagram （换向图）
Back-EMF 's Waveform （反电势波形）
Back-EMF Sensing( 反电势检测）
Back-EMF Detection( 反电势检测）
Block Dirgram of Back-EMF Detection （反电势检测方块图）
无位置传感器无刷直流电机控制（ 11）
? 启动方法
– 开环启动 – 利用已知的初始位置 – 询问启动法 – 电流注入法 – 凸极电感法
无位置传感器无刷直流电机控制（ 12）
? 开环启动技术简介
– 在采用反电势法时，电机转子的位置是通过检 测未通电相的反电势得到，但在电机转速较低 或没有转动时，没有反电势或反电势幅值太小 而无法得到希望的结果，因此在启动时就不能 利用反电势来检测转子的位置。
– 加速 定位完成后，控制器按照正常运行时的导 通组合，从某个状态开始给定子绕组施加信号， 在保证不失步的前提下，逐步提高施加的电压。
– 运行状态切换 在外同步的状态下，控制器同时 按规则读取反电势，计算过零点、电机的速度。 当反电势稳定可靠时，将外同步切换到自同步的 状态。至此电机的启动完成。
Sensorless BLDC Drive –Block Diagram (驱动方框图）
– 现在使用比较多的是所谓“三段式”启动方法， 此方法是按照他控式同步电动机的运行状态从 静止开始加速，直到转速足够大，再切换至无 刷直流电机运行状态，包括转子定位、加速和 运行状态切换三个阶段。
无位置传感器无刷直流电机控制（ 13）
? 三段式启动技术
– 定位 可以先把定子某两相绕组导通并控制其电 流，经过一段时间后使转子转到一个预知的位置。
直流无刷电机及其驱动技术2012资料
BLDC的定子绕组产生的反电势是梯形波
5.2、无刷直流电动机工作原理
1）旋转磁场如何产生？
• BLDC本质上是一种同步电机，即定子绕组通电产生旋转 磁场，吸引转子磁极与之对准，产生轴的运动。 • 假定电机定子为3相6极，相对应极的两个绕组首尾相接组 成一相绕组，3相绕组星型连接。Aaຫໍສະໝຸດ COMc b B C
• 相数（ m ）：电机绕组个数，3，6，12，……
）： e p • 电角度（） e /机械角度（
e e dt e e p • 电角频率（ ）/机械角频率（ ）：
n 60e p • 电角频率与电机转速（ n）：
• 相电压：电机相绕组对电机中性点电压
第五章 无刷直流电动机
• 直流电动机的优点: • 机械特性和调节特性的线性度好，堵转转矩大，控制方法简 单。 • 缺点:是有换向器和电刷。 • 交流伺服电动机的优点: • 是没有换向器和电刷，维护方便，无火花，无电磁干扰，能 在恶劣的环境下可靠工作。 • 缺点:控制比直流伺服电机要复杂的多；要想实现力矩控制， 必须有角位置传感器，以测量d-q坐标系的旋转角；反电势必 须是正弦波的，这对电机设计及制造工艺提出了较高的要求。 • 因此，人们很早就开始探索直流电动机的无刷化，以使它同 时具有直、交流电动机的优点。随着电力电子技术的发展， R L 无刷直流电动机已经得以实现。
无刷电机中霍尔传感器输出波形及编码
• 如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当转子N极靠 近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态； • 导通状态保持直到电机旋转使得S极靠近霍尔传感器并达到一 定值时，其输出才翻转为截止状态。 • 在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占 50%。 • 如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期 的电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。
机电驱动技术 第一章 直流驱动技术优秀课件
1.1.3 静态特性分析
1.功率放大电路使机械特性变软 原因：功放电路有内阻 R，i 使电枢电压 U≠a控制电压 Uc
n
n0
Ra Ri
CeCm 2
Tm
,
R→i 曲线变陡
使机械特性曲线变陡，则负载变化时，转
速变化较大，机械特性变软→功放内阻尽
5.《液压与气压传动》 刘延俊，高等教育出版社，2007
6.《液压与气压传动》 （第2版） 姜继海，高等教育出版社，2009
7.《液压与气压传动学习指导与习题集》 陈尧明，机械工业出版社，2004
成绩构成
平时10%（考勤5%、作业5%)、实验 10% 半期考试 20% 期末考试 60%（一页纸开卷）
1. 直流电机 建立工作磁场（磁钢、励磁线圈） →电机馈电（转子线圈有直流电流） →左手定则（产生电磁力）F=BLi
2. 交流电机 建立交变磁场（定子线圈通交流电） →右手定则（转子线圈内产生感应电势 E=Keφn, 继而有感应电流） →左手定则（产生电磁力）F=BLi
第一章 直流驱动技术
本章两大主要内容 ：
②转子（硅钢片+绕组）通过电刷和换向器 与外接电源形成回路(电枢回路)→磁场中 有线圈电流通过
③则F B—Li—电磁感应力使转子转动
④控制电枢绕组中电流大小和方向，可调速 和换向
1.1.2 静态特性
定义：稳态条件下，电机的转速n、转矩T、电枢 电压 三U者a 的关系。
导出关系：
反电势 Ea Cen
①调速范围（nmax /）nm广in 而平滑 适应于
输入量的变化；
②机械特性硬→输出/输入的静态特性好 T～n； 调节特性好→控制效果佳 Ua～n ；
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霍尔传感器间隔120度时的输出波形及编码
直流无刷电机中一般安装3个霍尔传感器，间隔120度或60 度按圆周分布。
如果间隔120度，则3个霍尔传感器的输出波形相差120度 转子旋转180度后转子磁极极性转换，因此输出信号中高、
低电平各占180度。 如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为“0”，则输出
绕组不导通；通电顺序为：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C 每步仅一个绕组被换相。 每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周。
FA+C-
A
FA+B-
FB+C-
FCFB+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
B
FA-B+
FA-
C
FA-C+
随着磁场的旋转，吸引转子磁极随之旋转。 磁场顺时针旋转，电机顺时针旋转：1→2→3→4→5→6 磁场逆时针旋转，电机逆时针旋转：6→5→4→3→2→1 1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
无刷电机中霍尔传感器输出波形及编码
如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当转子N极靠近 霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；
导通状态保持直到电机旋转使得S极靠近霍尔传感器并达到一定 值时，其输出才翻转为截止状态。
在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。 如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的
的位置。 由其输出的3位二进制编码去控制逆变器中6个功率管
的导通实现换相。
开关型霍尔传感器
霍尔元件+信号处理电路=霍尔传感器 利用霍尔效应，当施加的磁场达到“动作点”时，OC门
输出低电压，称这种状态为“开”; 当施加磁场达到“释放点” 使OC门输出高电压，称其为
“关” 施密特触发器通过引入“磁场门限”消除振荡现象。
结构上BLDC与PMSM有些相似，但有两点不同：
➢ BLDC的转子磁极经专门的磁路设计，可获得梯形波的气 隙磁场。而 PMSM的气隙磁场是正弦波的。
➢ BLDC的定子绕组结构使之产生的反电势是梯形波的。而 PMSM绕组结构产生正弦型的反电势。
PMSM定子绕组产生正弦型的反电势 BLDC的定子绕组产生的反电势是梯形波
从霍尔传感器输出的 二进制编码控制6个功 率管的导通，可由逻 辑电路实现，也可由 软件编程实现。
3、力矩和速度的控制
当电机转子旋转时，由电磁感应 定律分别在三相定子绕组中产生 三个反电势。
反电势的大小取决于3个因素： 转子的角速度、由转子磁极产生 的磁场和定子绕组的匝数。
Ea=Eb=Ec=Keω
假如电流从A相绕组流进，从B相绕组流出，A相绕 组产生从COM 端指向A端的磁势， B相绕组产生从 B端指向COM端的磁势。
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6 3
FB+C-
FA+
FBFC-
FB-C+
COM
c
FB+
FC+
b
B
2
5
B
C
FA-B+
FA-
C
FA-C+
为产生旋转磁场，三相绕组按按如下规则通电： 每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个
的三个信号可用3位二进制编码表示。 每60度编码改变一次。
霍尔传感器间隔60度时的输出波形及编码
A
B C
111 110 100 000 001 011 111 110
如果3个霍尔开关间隔60度，则输出波形相差60度 电角度。
间隔120度与60度的二进制编码是不同的。但也是 每60度电角度，编码改变一次，输出信号中高、 低电平各占180度。
2）如何实现换相？
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C 必须换相才能实现磁场的旋转。 在无刷电机中，根据转子磁极的位置实现换相。
要想根据转子磁极的位置换相，就必须知道转子磁极 的位置。
并不需要连续的位置信息，仅知道换相点的位置即可。 在BLDC中，一般采用3个开关型霍尔传感器测量转子
直流无刷电机及其驱动技术
1. 结构
由定子、转子、检测转子磁极位置的传感器及换 相电路 定子绕组多采用三相并以星形方式连接 。
将永磁体贴装在非导磁材料表面或镶嵌在其内构成。
大部分BLDC采用表面安装方式。 多为2到3对极的。
磁性材料多采用具有高磁通密度的稀土材料，如銣 铁硼等
多对转子磁极时霍尔传感器的输出波形及编码
当转子为两对磁极时，如转子旋转一周即360度机械角度时霍尔 传感器输出两个周波即720度电角度。
机械角度是指电机转子的旋转角度,由Θm表示； 电角度是指磁场的旋转角度，由Θe表示。 当转子为一对极时，Θm=Θe；当转子为n对极时，Θe=nΘm。 例如，所示的BLDC 电机转子有两对磁极， 3个霍尔开关间隔60
T=2KeIa 可见，力矩与定子绕组电流成正 比，改变电流即改变力矩。
2. 工作原理
1）旋转磁场如何产生？
BLDC本质上是一种同步电机，即定子绕组通电产生旋转 磁场，吸引转子磁极与之对准，产生轴的运动。
假定电机定子为3相6极，相对应极的两个绕组首尾相接组 成一相绕组，3相绕组星型连接。
A
a
b B
COM
c
C
A
F
N
SS
N
a
i
图6-4
COM
S
N
c
i
b
B
C
当电流流过流过两个绕线方向相同的铁芯线圈时， 电流方向不同，产生的磁场方向也不同。
度。两周电气旋转对应于一周机械旋转。 每60度电角度编码改变一次。输出信号中高、低电平各占180度。
换相过程
假定定子绕组为3相，转子为2对极，3个霍尔传感器间隔 60 度按圆周分布，由6只晶体管组成的逆变器给电机供电。
1.A+C- 2.A+B- 3.C+ B- 4.C+A- 5.B+A- 6. B+C-
永磁无刷直流电动机的转子磁极 经专门的磁路设计，可获得梯形 波的气隙磁场，定子采用集中整 距绕组，因而感应的电动势也是 梯形波的。
由逆变器提供与电动势严格同相 的方波电流。
L
R
ua
ia
e
从功率平衡的角度考虑
Tω=EaIa+EbIb+EcIc
又因为E=Keω,且在所有的时间 都只有两相绕组流过相同电流，