Tac
Ta Tc a) Tbc
b)
Tc
Tb
Tc
Tb b)
Ta Tc
Tac Tbc Tba Tca c)
Tab
c)两两通电时合成转矩
Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（2）三三通电方式 每一瞬间有三个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每个功率开关导通180度电角度。导通顺序为
r
3 Te n p s is 2 电磁转矩：
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 可 以表达如下： 定子电流： 定子磁链： 电磁转矩：

坐标系中的数学模型
s s j s
3 Te n p s is s is 2
is is jis

PMSM的数学模型
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论 , 通 过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进
行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。
B us
q
u s ：定子电压 is ：定子电流
isq
s
d
is

isd
C 0
r
f
r ：定子三相静止坐标系 A、B、C ：转子角位置 、
1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装， 产生波形如图所示。
VF1、VF2
H1
0
t
H20
H3 0

2
3
4
t t
a)
VF2、VF3
导通时合成转矩 导通是合成转矩

家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小）
PMSM和BLDC电机的结构

模拟结构图
A
⊕
⊙
Y
Z
⊙
b
r
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构

实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构

定子
定子绕组一般制成多相（三、四、五相不
等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子
vab
0
Vd

1 Vd 3
2
t
van
0
2 Vd 3
M
t
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
VF6VFVF 1 2
内容提要

PMSM和BLDC电机的特点 PMSM和BLDC电机的应用范围 PMSM和BLDC电机的结构 PMSM和BLDC电机的工作原理 PMSM和BLDC电机的控制策略 PMSM电机的FOC控制策略





PMSM和BLDC电机的特点

优点
（1）功率密度大；
（2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转
势亦是交流梯形波 定子绕组为Y或 联结三相整距绕组


由于气隙较大，故电枢反应很小
PMSM和BLDC电机的结构

正弦波永磁同步电机 永磁体表面设计成抛物线，极弧大体为 120度 定子绕组为短距、分布绕组 定子由正弦波脉宽调制（SVPWM）的电压型逆变其供电， 三相电流为正弦或准正弦波



PMSM和BLDC电机的工作原理
d、 q
：定子两相静止坐标系 ：转子两相坐标系 ：电机转矩角

A
s ：定子磁链矢量 f
：转子磁链矢量
PMSM和BLDC电机的工作原理
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和；
2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。 永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学 模型可以表达如下：
d s 定子电压： us Rs is dt s Lsis f e j 定子磁链：
PMSM和BLDC电机的应用范围

软、硬磁盘驱动器、录像机磁鼓（视频磁头）和磁带伺 服系统 体积小、容量小、控制精度高

机床、机器人等数控系统
快速性好、定位（速度和位置）精度高、起动转矩大、 过载能力强
PMSM和BLDC电机的应用范围

交通运输 电动自行车、电动汽车、混合动力车、
城轨车辆、机车牵引
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模
型可以表达如下：
定子电压：
ud Rs id d d r q dt
uq Rs iq
d q dt
r d
定子磁链：
d Ld id f
q Lqiq
3 Te pn f iq ( Ld Lq )id iq 2
U1
H1 H2 H3
VFVFVF 1 2 3、VFVFVF 2 3 4、VFVFVF 3 4 5、VFVFVF 4 5 6、VFVFVF 5 6 1、VFVFVF 6 1 2、VFVFVF 1 2 3 ...
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同
气隙较大，弱磁能力小，
扩速能力受到限制
PMSM和BLDC电机的结构
（2）内埋式（IPMSM）
交直轴电感:Lq>Ld 气隙较小，有较好的 弱磁能力
PMSM和BLDC电机的结构

无刷直流电机
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气

隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电动
电磁转矩：
PMSM和BLDC电机的工作原理

BLDC电机控制方式
（1）两两通电方式 每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次， VFVF 1 2、VFVF 2 3、VFVF 3 4、VFVF 4 5、VFVF 5 6、VFVF 6 1... 每次换相一个功率开关，每个功率开关导通 120 度电 角度。导通顺序为 U
铁心对称分布，在空间互差120度电角度， 通入三相交流电时，产生旋转磁场。
PMSM和BLDC电机的结构

转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的
结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗，
提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构

PMSM按转子永磁体的结构可分为两种
子磁场提供）；
（3）效率高（不需要励磁，绕组损耗小）；
（4）结构紧凑、体积小、重量轻，维护简
单；
（5）内埋式交直轴电抗不同，产生结构转
PMSM和BLDC电机的特点

缺点 （1），给
逆变器带来一定的风险；
（4）他控式同步电机有失步和震荡的可 能性。