文档介绍：三相无刷直流电机系统结构及
工作原理
直流电源 开关电路 电动机
位置传感器
图 直流无刷电动机的原理框图
位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且各具特点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器 【 3】。
基本工作原理
众所周知，一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。直流无刷电动机为了实现无电刷换相，首先要求把一般直流电动机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的结构刚好相反。但仅这样做还是不行的，因为用一般直流电源给定子上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。所以，直流无刷电动机除了由定子和转子组成电动机本体以外，还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置，使得直流无刷电动机在运行过程中定子绕组所产生的的磁场
和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，在空间始终保持在（ π /2 ）rad 左右的电角度。
无刷直流电机参数
本系统采用的无刷电机参数
·额定功率： 100W
·额定电压： 24V（DC）
·额定转速： 3000r/min
·额定转矩： ?m
·最大转矩： ?m
·定位转矩： ?m
·额定电流：
所示的三相桥式全控逆变电路。Y）联结。 VF1、VF2、 、 VF6 为六只
·最大电流：
·极对数： 4
·霍尔传感器位置呈 60°放置
三相无刷电动机主电路及工作方式
无刷直流电机有多相结构，每种电动机可分为半桥驱动和全桥驱动，全桥驱动又可分为星形联结和三角形联结以及不同的通电方式。因此，不同的选择会使电动机产生不同的性能和成本，这是每一个应用系统设计者都要考虑的问题。下面做一下对比。
（1）绕组的利用率。与普通直流电机不同，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，三相比四相好，四相比无相好，全桥比半桥好。
（2）转矩的波动。无刷直流电动机的输出转矩波动比普通直流电动机的大，因此希望尽量减小转矩波动。一般相数越多，转矩的波动越小。全桥驱动比半桥驱动转矩的波动小。
（3）电路的成本。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
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构复杂，成本也高 。
综合上述分析，本系统采用三相星形（ Y）联结全控电路，如图 。
图 三相星形（ Y）联结绕组三相全控桥式
电路
单片机输入控制信号到 LM621 的输入端，通过内部驱动之后控制信号被加载到功率 MOSFET的栅极，通过控制信号驱动 MOSFET的开关，这样只要单片机控制好各相输出的相位关系在转子转到合适的位置后进行换相，这样就能在单
片机端口输出 TTL 电平的时候输出端将高压信号直接加载到无刷直流电机的相应相的绕组上。
在三相逆变电路中，应用最多的是如图在该电路中，电动机的三相绕组为星形（
MOSFET功率管，起绕组的开关作用。他们的通电方式又可分为两两导通和三三
导通两种方式。
1. 两两通电方式
所谓两两导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔 1/ 6 周期（ 60° 电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一功率管导通 120°电角度。各功
率管的导通顺序是 VF1VF2、 VF2VF3、 VF3VF4、VF4VF5、 VF5VF6、 VF6VF1、 。当功率管 VF1和 VF2导通时，电流从 VF1管流入 A 相绕组，再从 C相绕组流出，
经 VF2 管回到电源。如果认定流