直流无刷电机及其驱动技术优秀课件
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并且当转子转过60度后换相，如此重复每一步，则可使定子磁势 与转子磁势相差60-120度，平均90度。
每一个定子绕组回路与DC电机 电枢回路是类似的。
但其电压和电流都是在每半个电 周期中仅导通120度。 电机制作时保证其绕组内反电势 为梯形波，但平顶部分与电压和
电流同时出现，其极性也与电压 和电流一致。
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
L
R
都有两相绕组流过相同电流，
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 电角度；
输出信号中高、低电平各占180度电角度。 如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为“0”，则输出
的三个信号可用3位二进制编码表示。
100 000 001 011 111 110 100 000 001 011 111 110
如果间隔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。
例：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只晶体管组成的桥式电路给电机供 电，分析其换相过程。 1.A+C- 2.A+B- 3.C+ B- 4.C+A- 5.B+A- 6. B+C-
2. 工作原理
1）旋转磁场的产生
假定电机定子为3相6极，星型连接。转子为一对极。
A
a
b B
COM
c
C
A
N
SS
a
N
i
图6-4
COM
c
S
N
b
i
B
C
电流方向不同时，产生的磁场方向不同。 若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组
流进，从B相绕组流出时，电流在两个绕组 中产生的磁动势方向是不同的。
6步通电顺序
当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，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。
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，
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。
A
4
1a
6 3
COM
c
b
B
2
C
5
三相绕组通电遵循如下规则：
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
绕组不导通；
通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C-
6步通电顺序
A
A
FA+C-
FA+B-
4
1a
6Βιβλιοθήκη Baidu
3
FB+C-
FC-
COM
FB+
c
b
B
2
5
B
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。
1.A+B- 2.A+C- 3. B+C- 4. B+A- 5.C+ A- 6 .C+B 每相绕组中电流是正负交替的 由逆变器提供与电动势严格同相的方波电流
3
2
电流流进
4
电流流出
1
5
6
直流有刷电机绕组中的电流实际上也是正 负交替的 ，只是从电刷外部看电流是单方 向的。
直流有刷电机通过换向机构换向，直流无 刷电机通过霍尔开关及逆变器换相。
3）如何实现力矩的控制？
按照电机统一规律，必须保证θs-θr为90度，才能取得最大转矩。 因旋转磁场是60度增量，看来无法实现这个关系。 但通过适当的安排可实现平均90度的关系。 如果每一步都使离转子磁极120度的定子磁势所对应的绕组导通，
C
FA-B+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
FA-
C
FA-C+
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C6.A+C-
每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周；
6步通电顺序
FA+C-
A
FA+B-
FB+C-
FCFB+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
FA-
B
C
FA-B+
FA-C+
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”
如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 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；
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，电机顺时针旋转：6→5→4→3→2→1
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
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，如果根据转子磁极的
直流无刷电机及其驱 动技术
3.3 无刷直流电动机
（Brushless Direct Current
Motor ,BLDC）
1、无刷直流电动机结构 2、无刷直流电动机工作原理 3、无刷直流电动机电机特性 4、PWM控制技术
1. 结构
由定子、转子、位置传感器及换相电路组 成
定子采用叠片结构并在槽内铺设绕组的方 式
位置换相，并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互 垂直的条件，就能取得最大转矩。
要想根据转子磁极的位置换相，换相时就必须知道转 子的位置，但并不需要连续的位置信息，只要知道换 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 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。
➢ 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
附：电角度和机械角度
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；
每一个定子绕组回路与DC电机 电枢回路是类似的。
但其电压和电流都是在每半个电 周期中仅导通120度。 电机制作时保证其绕组内反电势 为梯形波，但平顶部分与电压和
电流同时出现，其极性也与电压 和电流一致。
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
L
R
都有两相绕组流过相同电流，
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 电角度；
输出信号中高、低电平各占180度电角度。 如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为“0”，则输出
的三个信号可用3位二进制编码表示。
100 000 001 011 111 110 100 000 001 011 111 110
如果间隔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。
例：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只晶体管组成的桥式电路给电机供 电，分析其换相过程。 1.A+C- 2.A+B- 3.C+ B- 4.C+A- 5.B+A- 6. B+C-
2. 工作原理
1）旋转磁场的产生
假定电机定子为3相6极，星型连接。转子为一对极。
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电流方向不同时，产生的磁场方向不同。 若绕组的绕线方向一致，当电流从A相绕组
流进，从B相绕组流出时，电流在两个绕组 中产生的磁动势方向是不同的。
6步通电顺序
当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，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。
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，
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。
A
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1a
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B
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C
5
三相绕组通电遵循如下规则：
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
绕组不导通；
通电顺序如下：
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C-
6步通电顺序
A
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FA+C-
FA+B-
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FB+C-
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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。
1.A+B- 2.A+C- 3. B+C- 4. B+A- 5.C+ A- 6 .C+B 每相绕组中电流是正负交替的 由逆变器提供与电动势严格同相的方波电流
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电流流进
4
电流流出
1
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6
直流有刷电机绕组中的电流实际上也是正 负交替的 ，只是从电刷外部看电流是单方 向的。
直流有刷电机通过换向机构换向，直流无 刷电机通过霍尔开关及逆变器换相。
3）如何实现力矩的控制？
按照电机统一规律，必须保证θs-θr为90度，才能取得最大转矩。 因旋转磁场是60度增量，看来无法实现这个关系。 但通过适当的安排可实现平均90度的关系。 如果每一步都使离转子磁极120度的定子磁势所对应的绕组导通，
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FA-B+
FA+ FB-
FC+
FB-C+
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FA-C+
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C6.A+C-
每步磁场旋转60度，每6步旋转磁场旋转一周；
6步通电顺序
FA+C-
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FA+B-
FB+C-
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FA+ FB-
FC+
FB-C+
FA-
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C
FA-B+
FA-C+
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”
如果将一只霍尔传感器安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近 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；
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，电机顺时针旋转：6→5→4→3→2→1
1.A+B- 2.C+B- 3.C+A- 4.B+A- 5. B+C- 6.A+C-
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，如果根据转子磁极的
直流无刷电机及其驱 动技术
3.3 无刷直流电动机
（Brushless Direct Current
Motor ,BLDC）
1、无刷直流电动机结构 2、无刷直流电动机工作原理 3、无刷直流电动机电机特性 4、PWM控制技术
1. 结构
由定子、转子、位置传感器及换相电路组 成
定子采用叠片结构并在槽内铺设绕组的方 式
位置换相，并在换相时满足定子磁势和转子磁势相互 垂直的条件，就能取得最大转矩。
要想根据转子磁极的位置换相，换相时就必须知道转 子的位置，但并不需要连续的位置信息，只要知道换 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 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。
➢ 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
附：电角度和机械角度
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；