无刷直流电机

无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDC）是一种没有电刷和换向器的电机，它使用电子方式切换电流方向来控制电机的旋转。与传统的有刷直流电机相比，无刷直流电机具有许多优点，包括高效率、低噪音、长寿命和高可靠性。

一、直流无刷电机的组成

转子:转子是永磁体，一般由高性能的永磁材料制成，如钕铁硼等。永磁体产生的磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用，从而使转子受到转矩而旋转

定子:定子上绕有三相绕组，呈对称分布，通常由硅钢片等导磁材料制成，以提高磁场的传导效率。当三相绕组通以特定顺序的电流时，会在定子内部产生旋转磁场

极对：极对是指电机定子上相邻的一个北极和一个南极的组合。极对的数量直接影响电机的转速和扭矩特性。在电机工作时，定子产生的旋转磁场与转子的磁场相互作用，推动转子转动。极对的数量越多，电机在同样的频率下能够产生的转速越高

二、类型

1.有感无刷直流电机

一般采用光电编码盘，或者霍尔传感器，来确定转子的位置，本文不做介绍

2.无感无刷直流电机

一般采用感生电动势来确定转子的位置

2.1换相以及换相电路

过零点

过零点指的是电机转子旋转时在定子绕组中产生的反电动势（Back EMF）信号从正变负或从负变正的点。我们可以通过检测过零点来判断转子的位置。对于无刷直流电机而言，转子的位置十分重要，转子的位置关乎到电机换相的控制

过零点的检测方式

1. ADC检测法：通过电压采样电路直接检测BLDC的三相端电压，然后通过软件方法计算悬空相反电动势过零点。这种方法需要在每个控制周期内采集母线电压，以确定理论中性点电压，并将其与悬空相的端电压进行比较，从而获得反电动势过零点。
2. 硬件比较器法：通过悬空相反电动势与虚拟中性点电压比较得到过零点。这种方法不需要考虑在哪个时刻进行过零采样，只需实时检测硬件比较后的I/O状态，即可判断换相时刻。
3. 基于反电动势过零检测法的无刷直流电机控制原理：反电动势过零点信号再延迟30°电角度，可得到6个离散的转子位置信号。无刷直流电机绕组的反电动势过零点严格地反映了转子磁极的位置。

KV值

表示电机在无负载时每施加1伏特电压时所能达到的转速，单位为 RPM/V（每伏特转速）

换相策略

换相的时机支取决于转子的位置，与转速无关

一般认为转子转速在这 0°~60°的小范围区间内基本是恒定的所以有以下的两种换相策略

• 从 AB 相开始通电到检测出 C 相过零的前半段时间，基本等于后半段的时间。所以只要记录下前半段的时间间隔 T1，等过零事件出现后再等待相同的时间，就可以换相了。
• 是检测到过零事件后，也不再等转子再转 30°了，立马就换相

驱动电路模型

半桥调制:上臂采用pwm控制，下臂常开的驱动方式，导通顺序为AB, AC, BC, BA, CA, CB分别对应的场效应管打开顺序为 Q1Q4, Q2Q2, Q3Q2, Q3Q6, Q5Q6, Q5Q4

2.2启动流程

预定位-->外同步加速运行-->开环切入闭环

预定位

刚开始电机在静止情况下，而且开始不知道转子的情况下，可以进行通过对三相电机的其中两相通电，等待一段时间，然后再对电机相邻状态的两相通电，此时转子会转动，并且会转动到当前两相合成磁场的所在的位置

注意预定位中pwm以及的通电的等待时间

外同步加速

pwm的开始占空比，应该从克服外界负载的最小力矩开始，逐渐提高，pwm占空比的增大作用其实等效于加在通电两相的电压增大，逐渐提高电机换相的频率，此时电机就会加速起来。常见加速有三种方式，恒频升压法 恒压升频法，升频升压法

开环切入闭环

当电机加速到一定速度，最好直到当前速度下电机反电动势要呈梯形波，可以用示波器观察。当反电动势检测通过ADC连续稳定采集到3个过零点的情况，说明当前电机的运行速度达到无位置传感器的运行要求。此时可以切入到闭环状态。当注意的一个细节是，相同pwm占空比电机在开环时对应的速度与进入闭环时对应的速度相差越小，切换成功的几率越大，而且切换的也越平滑