U o (V)
U CC
3
霍尔元件 放大 功放
UO 输出
2 1
0
关
开
BRP
BH
BOP
B(T)
外形
电路原理
霍尔集成电路
开关பைடு நூலகம்性
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永磁无刷直流电机
(2)电磁式位置传感器
转子磁心 定子磁心
输出绕组
高频励磁输入
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(3)光电式位置传感器
R2 D1 V1
P
U0 输出信号 V2
永磁无刷直流电机
相应的定子合成磁势的空间矢量为：
图10.21 无刷直流电动机的定子合成磁势( 150 导通型)
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永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电动机的调速 • 改变逆变器直流侧的输入电压实现调压,并利 用来自位置传感器的转子信息控制逆变器的 频率，调节转子转速； • 保持逆变器直流侧输入电压不变，利用来自 转子位置传感器的转子信息和PWM斩波控制 同时调节逆变器的频率和电压，调节转子转 速。 深圳大学轨道交通学院
即：
(T5、T6、T1 ) (T6、T1 ) (T6、T1、T2 ) (T1、T2 ) (T1、T2、T3 ) (T2、T3 ) (T2、T3、T4 ) (T3、T4 ) (T3、T4、T5 ) (T4、T5 ) (T4、T5、T6 ) (T5、T6 )
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2. 无位置传感器控制
无位置传感器控制是指无机械式位置传感器， 即不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感 器来检测转子位置,而是通过一个检测电路，从硬件 和软件两方面来间接获取转子位置信号。检测得到 转子位置信号以后的控制方法，与有位置感器控制 方法相同。
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无刷电机专用驱动电路 MC33035
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由此绘出一个周期内定子三相绕组在不同时刻三相电流所产生的定子合成磁 势与转子永磁磁势之间的关系如图所示。
600
结论：
永磁无刷直流电机
在一个周期内三相定子绕组在空间共产生六个定子合成磁势； 转子每转过 60电角度，定子绕组则换流一次，相应的定子合成 磁势就跳变一次。每个定子合成磁势在时间上持续1/6周期 （ 60 电角度）； 在这六个连续跳变的定子合成磁势作用下，转子永磁磁势随转子 旋转； 尽管定子合成磁势是跳变的，但其平均转速却与转子转速保持同 步，亦即在平均意义上 Fa 与 Ff 相对静止。从而保证了有效电磁 转矩的产生，而且转子转速为同步速。 电枢磁势在与转子磁极轴线垂直的 60 电角度范围内变化，亦 60 ~ 120范围内变化。 这样，无论是在开 即使两者之间的夹角在 Fa 与 Ff 之间的夹角在平均意 关器件导通过程中还是在换流瞬间， 义上接近 90 ，亦即在平均意义上互相垂直。
永磁无刷直流电机原理
永磁无刷直流电机
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永磁无刷直流电机
控制系统组成简图
直流电源
逆变器
电机本体
输出
控制信号
控制器
位置检测器
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二、无刷直流电动机的工作原理
传统直流电动机的工作原理
磁极 电枢
换向片
磁极静止，电枢旋转 f=IBla，这个力形成 电磁转矩 根据左手定则，线圈 在这个转矩作用下将 按逆时针方向旋转 当载流导体转过180 度后，借助电刷-换 向片改变导体中电流 方向
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三相六状态绕组与开关管导通顺序表120°导通型
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永磁无刷直流电动机逆变器的各种控制方式
“ 120 导通型”（两两导通控制方式）； 180 导通型”（三三导通控制方式）； “ 150 导通型”（两三轮流导通控制方式）； “
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无刷电机专用驱动电路 MC33035
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永磁无刷直流电机
无刷电机专用驱动电路TDA1621
LM621的原理框图
LM621的换相译码真值表
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无刷电机专用驱动电路TDA1621
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永磁无刷直流电机
永磁无刷直流电机
采用PWM电压和电流控制方式
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永磁无刷直流电机
电子换向电路部分 换向 信号 逻辑 变换 电路 转子位置 译码电路 电动机部分 转子位置 传感器 永磁电机 本体
功率 开关电路
控制 电路
保护 电路 控制电路部分 控制指令
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单片机控制永磁无刷直流电动机原理图
二相导通方式传感器信号与功率管开关导通逻辑关系 正转 H1 H2 H3 反转
1
1
0
0
1
0
导通管 V1V2 V2V3
H1
H2
H3
1
0
0
0
1
1
导通管 V4V5 V3V4
1
0
1
1
0
0
V3V4
V4V5
0
0
1
1
1
0
V2V3
V1V2
0
0
1
0
1
1
V5V6
V6V1
1
1
1
0
0
0
V6V1
V5V6
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永磁无刷直流电机
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永磁无刷直流电机
逆变器结构
星形三相三状态
星形四相四状态
星形三相六状态
封闭三相六状态
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正交两相四状态
封闭四相四状态
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转子位置传感器 (1) 磁敏式位置传感器—霍尔元件
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永磁无刷直流电机
C相通电
Fa
A相通电
30° 150°
Ff
Ff
Fa Fa
Ff
Fa
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A相通电
Ff
Ff
B相通电
C相通电
Fa
A相通电
150°
Fa'
30°
Ff
Ff
Fa Fa
Ff
Fa
转子每转过120度，功率管换流一次，定子磁场状态就改变 一次，电机有三个磁状态。每个功率管导通120度（1/3周期）。 磁场为跳跃式步进磁场。因此，所产生的电磁转矩为脉动转矩。 减小转矩脉动的方法是增加一周内的磁状态数，如二相导通六 状态。
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上述过程可以看成按一定顺序换相通 电的过程，或者磁场旋转的过程，定 子各相绕组在气隙中所形成的旋转磁 场是跳跃运动的，一周内有三种状态， 每种磁场状态持续120°，他们跟踪 转子并与转子的磁场相互作用，产生 驱使转子旋转的电磁转矩。
Fa'
A相通电
Ff
Ff
B相通电
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(T6、T1 ) (T1、T2 )
(T2、T3 )
(T3、T4 )
(T4、T5 )
(T5、T6 )
1200
600
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永磁无刷直流电机
(T6、T1 ) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
PMSM permanent magnetic synchronous motor
方波永磁同步电动机
BLDCM brushless direct-current motor
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永磁无刷直流电机
永磁同步电动机的优缺点：
功率密度高 转子的转动惯量小 运行效率高 转轴上无滑环和电刷
转子励磁无法灵活控制 永磁体存在失磁现象 转子磁势受环境温度影响 滞后定子功率因数
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无刷直流电动机原理
转子位 置检测 定子磁极，采用 集中绕组
电机本体
转子磁极
电机本体
驱动电路，逆 变器组成电子 开关
机电一体化产品
转子位置检测 电子开关
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A
V1 D1 V3
D3
V5
D5
ia
C
X
定子绕组采用 整距、集中绕 组
永磁 Y 电机
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二相导通星形六状态
A
V1 D1 V3
D3 V5
D5
iA
X Z
US V4
D4
V6 D6
V2
D2
C
H1 H3
iC
永磁 Y 电机
iB
B
H2
控 制 电 路
转子位置传感器
• 每隔60°换流一次; • 任何瞬时有两只开关器件同时导通； • 每个开关器件导通 120°
(T6、T1 ) (T1、T2 ) (T2、T3 ) (T3、T4 ) (T4、T5 ) (T5、T6 )
A.三三导通控制方式(又称为 180 导通型)
• 每隔 60 换流一次； 开关规律： • 任何瞬时有三只开关器件同时导通； • 每个开关器件导通180 。
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(T6、T1、T2 ) (T1、T2、T3 ) (T2、T3、T4 ) (T3、T4、T5 ) (T4、T5、T6 ) (T5、T6、T1 )