1.2 无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较
表1-1 无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较 项目 换向 维护 寿命 机械（速度/力矩） 特性 无刷直流电动机 借助转自子位置传感器实现电子换向 由于没有电刷和换向器，很少需要维护 比较长 平（硬）在负载条件下能在所有速度上运行 有刷直流电动机 由电刷和换向器进行机械换向 需要周期性维护 效率 输出功率/外形尺寸之比高 转自惯量 速度范围 电气噪声 制造价格 控制 控制要求 比较短 中等平（中等硬）。在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小 由于没有电刷压降，所中等 以效率高 由于电枢绕组设置在与中等/低。电枢产生的热机壳相连的定子上，容量消散在气隙内，这样易散热。这种优异的热增加了气隙温度，从而传导特性允许减小电动限制了输出功率/外形机的尺寸，所以输出功尺寸之比 率/外形尺寸之比高 低。因为永磁体设置在转自惯量高，限制了动转子上，改善了动态响态特性 应 比较高。没有电刷/换向比较低，存在电刷给予器给予的机械限制 的机械限制 低 电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰 比较高 低 复杂和价格贵 简单和价格不贵 为了使电动机运转必须对于一个固定的速度而要有控制器，但同样的言，不需要控制器；有控制器可用于变速控制 变速要求的时候才需要控制器
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1.3 无刷直流电动机的结构及基本工作原理
1．无刷直流电动机转矩分析
电机本体的电枢绕组为三相星型连接，位置传感器与电机转子同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制动信号经驱动电路隔 离放大后控制逆变器的功率开关管，使电机的各相绕组按一定的顺序工作。
图1-1 无刷直流电动机工作原理示意图
如图1-1所示，当转子旋转（顺时针）到图a所示的位置时，转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T6 导通，即A、B两相绕组通电，电流从电源的正极流出，经T1流入A相绕组，再从B相绕组流出，经T6回到电源的负极，此时定转子磁场相互作用，使电机的转子顺时针转动。
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当转子在空间转过60电角度，到达图b所示位置时，转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使T1、T2导通，A、C两相绕组通电，电流从电源的正极流出，经T1流入A相绕组，再从C相绕组流出，经T2回到电源负极。此时定转子磁场相互作用，使电机的转子继续顺时针转动。
转子在空间每转过60电角度，逆变器开关就发生一次切换，功率开关管的导通逻辑为T1、T6—T1、T2—T3、T2—T3、T4—T5、T4—T5、T6—T1、T6。 在次期间，转子始终受到顺时针方向的电磁转矩作用，沿顺时针方向连续旋转。
转子在空间每转过60电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁场的磁状态就发生一次跃变。可见，电机有6种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组的导通时间对应于转子旋转120电角度。无刷直流电动机的这种工作方式叫两相导通星型三相六状态，这是无刷直流电动机最常用的一种工作方式。
2．无刷直流电动机与输出开关管换流信号
无刷直流电动机的位置一般采用三个在空间上相隔120电角度的霍尔位置传感器进行检测，当位于霍尔传感器位置处的磁场极性发生变化时，传感器的输出电平将发生改变，由于三个霍尔传感器位检测元件的位置在空间上各差120电角度，因此从这三个检测元件输出端可以获得三个在时间上互差120度、宽度为180度的电平信号，分别用A、B、C来表示，如图1-2所示，以信号A为例，A相位置宽度为180电导角：在0-60度，T1必须导通，故T1状态为1，而C相还剩下60度通电宽度，所以此段时间为T1和T6等于1，（此时下部可供导通的管子为T4、 T6和T2，而为避免桥臂直通，T4不能导通；T2的导通时间未到，故只能是T6导通）；而在60度—120度，此时只有A相通电，B和C相处于非导电期，故导通的开关管为T1和T2（T1和T2等于1），其中T2是为B相导电作准备；而在120度—180度时，由于 每一相只有120电导角导电时间，故此时T1关断（T1=0），T2仍然导通（B相开始进入导电期），此时可知，T1关断，T5不能开通（防止桥臂直通），则此时只能开通T3，所以T3信号此时间段为1。其他时间段的开关管导通情况与此类似。
理论上，只要保证三个位置传感器在空间上互差120度，开关管的换流时刻总是可以推算出来的。然而，为了简化控制电路，每个霍尔传感器的起始安装位置在各自相绕组的基准点（r0=00）上.那么在r0=00的控制条件下，A相绕组开始通电的时刻（即该相反电势相位30度位置）恰好与A相位置传感器输出信号A的电平跳变时刻重合，此时应将T1开关管驱动导通。同理，其他开关管的导通时刻也可以按同样方法确定。
本设计选用的是三相无刷永磁直流电动机，其额定电压UH=36V,电枢额定电流IaH=8.5A,电枢峰值电流IaP?15A,额定转速nH=350r/min,额定功率PH=250W。
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图1-2 无刷电动机位置检测及开关管驱动信号 表1-2 无刷电动机直流通电控制方式开关切换表
旋转方向 正转 位置传感器 A B C 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 T1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0
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反转 逆变桥开关管驱动信号 T2 T3 T4 T5 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 T6 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1.4 无刷直流电动机的运行特性
1.4.1 机械特性
无刷直流电动机的机械特性为：
U?2UT?2rIaUs?2UT2r n?S??T （1-1） 2eCe??Ce??CeCt??UT-开关器件的管压降 Ia-电枢电流
Ce-电机的电动势常数 -每级磁通量
可见无刷直流电动机的机械特性与一般直流电动机的机械特性表达式相同，机械特性较硬。在不同的供电电压驱动下，可以得到如1-3图所示机械特性曲线簇。
图1-3 机械特性曲线簇
当转矩较大、转速较低时，流过开关管和电枢绕组的电流很大，这时，管压降随着电流增大而增加较快，使在电枢绕组上的电压有所减小，因而图所示的机械特性曲线会偏离直线，向下弯曲。
1.4.2 调节特性
无刷直流电动机的调节特性如图1-4所示。
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毕业论文(设计)无刷直流电动机控制系统设...
