无刷直流电机
1 永磁无刷直流电动机的工作原理
有刷直流电动机由于电刷的换向，使得由永久磁钢产生的磁场与电枢绕组通电后产生的磁场在电机运行过程中始终保持垂直从而产生最大转矩，使电机运转。无刷直流电机的运行原理和有刷直流电机基本相同，即在一个具有恒定磁通密度分布的磁极下，保证电枢绕组中通入的电流总量恒定，以产生恒定的转矩，且转矩只与电枢电流的大小有关。
无刷直流电机的运行还需依靠转子位置传感器检测出转子的位置信号，通过换相驱动电路驱动与电枢绕组连接的各功率开关管的导通与关断，从而控制定子绕组的通电，在定子上产生旋转磁场，拖动转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，以改变电枢的通电状态，使得在同一磁极下的导体中的电流方向不变。因此，就可产生恒定的转矩使无刷直流电机运转起来。
由无刷直流电动机的组成来看，它实际上是一个由电动机本体、电子开关线路及转子磁钢位置传感器组成的闭环系统。电动机本体有星形连接方式和角形连接方式，电子开关线路的逆变器可采用半桥电路或全桥电路，因此，不同的选择会使电动机产生不同的性能并且成本也不同。下面对此作一个对比。
(l) 绕组利用率 与普通直流电动机不同，无刷直流电动机的绕组是断续通电的。适当地提高绕组通电利用率可以使同时通电导体数增加，使电阻下降，提高效率。从这个角度来看，定子绕组三相比四相好，四相比五相好，电子开关线路逆变器采用全桥控制比半桥控制好。
(2) 转矩的波动 无刷直流电动机的输出转矩脉动比普通直流电动机大，因此希望尽量减小转矩脉动。一般相数越多，转矩的脉动越小。全桥驱动比半桥驱动转矩的脉动小。
(3) 电路成本 相数越多，驱动电路所使用的开关管越多，成本越高。全桥驱动比半桥驱动所使用的开关管多一倍，因此成本要高。多相电动机的结构复杂，成本也高。
综合上述分析，目前以三相星形全桥驱动方式应用最多。以下就以三相星形全桥驱动的无刷直流电动机为例，用图2-2分析其工作原理。
无刷直流电机工作原理
无刷直流电机的工作原理是基于电磁感应原理和功率电子器件的控制。
无刷直流电机的转子上有一个固定的磁铁，称为永磁体。在电机的定子上有多个绕组，每个绕组之间的位置相隔一定的角度，形成若干个电磁极。通过控制电极绕组的电流方向，可以产生一个旋转的磁场。
当定子电极绕组通电时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，使得定子中的绕组受到电磁力的作用，导致电机转子开始转动。
为了控制电机的转速和方向，需要使用电子器件来控制定子电极绕组的电流。这些电子器件通常是功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极型晶体管），它们可以通过PWM（脉冲宽度调制）技术来控制电流的大小和方向。
通过定子电极绕组的电流控制，可以使得电机旋转的速度和方向按需调整。而且，由于无刷直流电机没有碳刷和换向器，所以具有更高的效率和寿命。
总结起来，无刷直流电机的工作原理是通过定子电极绕组的电流与永磁体之间的相互作用来产生电磁力，从而使得转子开始旋转。通过控制电子器件来控制电流的大小和方向，可以调整电机的转速和方向。
无刷直流电机结构、类型和基本原理
一、概述
直流电动机的主要长处是调速和启动特性好，堵转转矩大，被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中。但是，直流电动机都有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触严峻地影响了电动机的精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰。缩短电动机寿命，换向器电刷装置又使直流电动机结构复杂、噪声大、维护困难，长期以来人们都在寻求可以不用电刷和换向器装置的直流电动机。
随着电子技术的迅速发展，各种大功率电子器件的广泛采用，这种愿望已被逐步实现。本章要介绍的无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电动机既具有直流电动机的特性。又具有交流电动机结构简朴、运行可靠、维护方便等优点；它的转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转要中运行。
元刷直流电动机用途非常广泛，可作为一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。无刷直流电动机将电子线路与电机融为一体，把先进的电子技术应用于电机领域，这将促使电机技术更新、更快地发展。
二、无刷直流电动机的基本结构和类型
(一)基本结构
无刷直流电动机是一种自控变频的永磁同步电动机，就其基本组成结构而言．可以认为是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关电路三部分组成的“电动机系统”。其基本结构如图5一20所示。
电动机本体在结构上是一台普通的凸极式同步电动机．它包括主定子和主转子两部分，主定子上放置空间互差120。的三相对称电枢绕组Ax、BY、cz，接成星形或三角形，主转子是用永久磁钢制成的一对磁极。转子位置传感器也由定子、转子两部分组成。定子安装在主电动机壳内，转子和主转子同轴旋转。它的作用是把主转子的位置检测出来．变成电信号去控制电子开关电路，故也称转子位置检测器。电子开关电路中的功率开关元件分别与主定子上各相绕组相连接．通过位置传感器输出的信号，控制三极管的导通和截止．从而使主定子上各相绕组中的电流也随着转子位置的改变，按一定的顺序进行切换，实现无接触式的换向。
直流无刷电机实验
一． 实验目的
1. 了解直流无刷电机的运行原理
2. 掌握直流无刷电机的DSP控制。
二． 实验内容
1. 实现无刷直流电机的正反转控制
2. 实现无刷的速度调节
3. 实现无刷直流电机电流环和速度环双环闭环控制
三． 原理简介
1. 直流无刷电机的原理
无刷直流电动机的结构原理图如图2－1所示：
图1 直流无刷电动机的结构原理图
无刷直流电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等)，转子由永久磁钢按一定极对数(2p＝2，4，…)组成。图1中的电动机本体为三相两极，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联接，在图1中A相、B相、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联接[2]。
定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
所以，所谓直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位量传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图如图2所示。
图2 直流无刷电动机的原理框图
2. 直流无刷电机的控制
直流无刷电机的控制基本上类似于直流有刷电机的控制（PWM调制），但由于无刷直流电机用电子换向器取代了机械电刷，所以无刷直流电机除了在控制各相电枢电流的同时还用对电子换向器进行控制。在无刷直流电机的运行过程中，霍尔位置传感器不断检测电机当前位置，控制器根据当前位置信息来判断下一个电子换向器的导通时序。如图3所示
