32
工作原理
磁 →转 态逻极子改辑图每 变变示转 一换位过 次置→，60→ V电o，1位机、逆置有V变6信6开器个号通开磁关状磁位管态极置换，转信流三过号一相6→次各0逻o、导图辑定通示变子1位2换磁0置o状—→ →—两A、相B导相通导三通相→六I:状E+态-A- →V1、V2 开通→ A、C
B转-E子- 磁→场电顺机时顺针时连针续旋旋转转、定相子导磁通场→隔I: 6E0+O-跳A-跃C-旋E-转→
28
传感器：H1=0 H2=0 H3=1 导通相：A
29
传感器：H1=1 H2=0 H3=1 导通相：B
30
7.2.2 星形连接三相桥式主电路
+
VT1
VT3
VT5
US
A
B
C
VT4
VT6
VT2
-
位置检测器的三个输出信号通过逻辑电路控制这些 开关管的导通和截止，其控制方式有两种：二二导通 方式和三三导通方式。
C
B
d) 三角形联结三相桥式主电路
12
主电路选择原则 绕组利用率：三相绕组优于四相、五相绕组 转矩脉动：相数越多，转矩脉动越小 电路成本：相数越多，电路成本越高
星形联接三相桥式主电路应用最多
13
3. 位置传感器 位置传感器：实时检测转子位置
3. 位置传感器
有位
置传
感器
位
检测
置
传
感
器
无位
置传
感器 检测
工作原理
磁 →转 态逻极子改辑图每 变变示转 一换位过 次置→，60→ V电o，1位机、逆置有V变6信6开器个号通开磁关状磁位管态极置换，转信流三过号一相6→次各0逻o、导图辑定通示变子1位2换磁0置o状—→ →—两A、相B导相通导三通相→六I:状E+态-A- →V1、V2 开通→ A、C
B转-E子- 磁→场电顺机时顺针时连针续旋旋转转、定相子导磁通场→隔I: 6E0+O-跳A-跃C-旋E-转→
SS N
NS
S
S
N
N
S
N
N
嵌入式磁极
环形磁极
内转子结构形式
7
外转子 永磁体 绕组
内定子
实际电机
结构示意图
外转子无刷直流电动机
8
2. 逆变器
作用：控制电机定子各相绕组通电顺序和时间。 分类：半桥式（半控）
桥式（全控）
9
2. 逆变器 1) 非桥式（半桥式）——半控型
US
US
A
B
C
A
B
C
D
a) 三相半桥主电 b) 四相半桥主电
31
1. 二二导通方式
每一瞬间只有两个功率管导通 电机的瞬时电磁转矩可由电枢绕组的电磁功率求得：
Te
Eaia
Ebib
Ecic
式中Ea、Eb、Ec———A、B、C三相绕组的反电动势； ia、ib、ic———A、B、C三相绕组的电流；
——转子的机械角速度。
可见，电磁转矩取决于反电动势的大小。在一定的转 速下，如果电流一定，反电动势越大，转矩越大。
相导通星形三相三状态。
23
三相三状态BLDCM 原理
传感器：H1=1 H2=0 H3=1 导通相：B
24
传感器：H1=1 H2=0 H3=0 导通相：B
25
传感器：H1=1 H2=1 H3=0 导通相：C
26
传感器：H1=0 H2=1 H3=0 导通相：C
27

传感器：H1=0 H2=1 H3=1 导通相：A
温故知新
1、直流伺服电动机工作原理，换向器和电 刷的作用？（P35） 2、交流同步伺服电动机工作原理（P54）
直流伺服电机
交流伺服电机
第7章 无刷直流电动机 Brushless DC Motors (BLDCMs)
7.1 无刷直流电动机系统 7.1.1 概述及基本组成
无刷：克服传统直流电动机机械换向方式缺点 优点：调速性能好，体积小质量轻，效率高，转 动惯量小，无励磁损耗 应用领域：航空航天，机器人，数控机床等精密 传动领域
US
A
B
C
VT1 H1 H2 H3
VT2
VT3
22
在三相半桥主电路中，位置信号有1/3周期为高电平、2/3 周期为低电平，各传感器之间的相位差也是1/3周期，如 图所示。 H1
0 120 240 360 480
t
H2
0 120 240 360 480
t
H3
0 120 240 360 480
t
旋转磁场在360电角度范围内有三种磁状态，每种 磁状态持续120电角度。我们把这种工作方式叫做单
4
7.1 无刷直流电动机系统 7.1.1 概述及基本组成
直流电 源
逆变器
电机本体
输出
控制信号
控制器
位置传感器
无刷直流电机构成框图
5
1. 电动机本体
定子
永磁转子 传感器定子 传感器转子
(a) 结构示意图
(b) 定转子实际结构
无刷直流电动机结构
6
N S
S N
N S
S N
表面式磁极
N N
N
N
S
S
S
S
功能的指挥中心
16
逆变器、位置传感器与控制器
逆变器：控制电机定子各相绕组通电顺序和时间 位置传感器：实时检测转子位置 控制器：无刷直流电动机正常运行并实现各种调 速伺服功能的指挥中心 三者共同组成换相装置，起到电子换向器作用
17
7.1.2 基本工作原理
永磁无刷直流 电机系统图
控制电路对转子位置传感器检测的信号进行逻辑变换 后产生脉宽调制PWM信号，经过驱动电路放大送至逆 变器各功率开关管，从而控制电动机各相绕组按一定 顺序工作，在电机气隙中18产生跳跃式旋转磁场。
磁敏式 光电式 电磁式 接近开关式 正余弦变压器 编码器
反电动势检测 续流二极管工作状态检测 定子三次谐波检测 瞬时电压方程法
15
4. 控制器
模拟 控制 系统
控 制 器
数字 控制 系统
分立元件加少量集 成电路构成的模拟 控制系统
基于专用集成电路 的控制系统
数模混合控制系统
全数字控制系统
控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服
——自同步电机
电机顺时针旋转
——自同步电机
电机顺时针旋转
19
两相导通星形三相六状态时绕组和开关管导通顺序表
20
无刷直流电动机回顾
1、系统组成及各部分作用 2、简述工作原理
21
7.2 无刷直流电动机的主电路及其工作方式
无刷直流电动机的主电路主要有星形联结三 相半桥式、星形联结三相桥式和角形联结三相 桥式三种形式。
7.2.1 星形连接三相半桥主电路
路
路
10
2. 逆变器 2) 桥式——全控型
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
A
US
C
B
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2
c) 星形联结三相桥式主电路
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2. 逆变器 2) 桥式——全控型
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
US
A
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2