无刷直流电动机控制中的几个技术问题分析

摘要：在简要介绍无刷直流电动机应用现状的基础上，重点对无刷直流电动机在上

业控制中而临的几个技术问题进行了讨论和分析，指出了目前依然存在的不足和今后的
主要研究目标。
    0 引言

永磁无刷直流电动机 nr 分为方波和正弦波两种，大多数学者倾向于将前者认为是无

刷直流电动机(BLDcM)，将后者称之为永磁同步电动机(PMsM)随着先进数字集成控制芯
片(如 DsP、cPLD)的普及和人们对水磁无刷直流电动机认识的不断提高，永磁无刷直流电
动机在工业上的研究与应用不断升温。
    一些企业在部分产品上已实现了产业化。
    近几年来，在工业应用的不同场合，针对无刷直流电动机控制器的要求不断提高，在
具体应用的过程中，其控制技术也在不断成熟。为了扩大产业化领域，许多技术问题仍需
不断进行深入的研究，如：影响控制器开关损耗和转矩脉动的 PwM 斩波方式，抑制转矩
脉动和音频噪声的正弦波驱动技术，应用于风机水泵或压缩机巾的无位置传感器控制技
术，应用于航空航灭领域高可靠性场合中的故障分析和保护技术，应用十高精度跟踪领
域的无刷直流电动机伺服控制技术，以及微电机的多功能模块化技术等等。
    本文缔合工业应用中无刷直流电动机控制技术的研究现状，针对以上问题给出了一些
总结与分析，并就一些还需要进一步研究的问题，指出了技术难点所在和今后的研究目
标。
    1 无刷直流电机的应用现状

目前，工业上应用和研究最多的仍然是三相 Y 形稀土永磁无刷直流电动机，而且大

多数采用了钕铁硼稀土永磁体励磁，其驱动电路电多采用三相桥式逆变器，并工作于
120 三相六状态。
    由于采用了稀土永磁励磁，电机的气隙磁场很难进行弱磁控制(如果采用开通角移相，
其控制比较复杂，应用场合较少)，所以一班永磁无刷直流电动机都采用了改变 PWM 占
空比的定频调宽技术来进行调压调速，当然这种调速方式是一种恒转矩连续调速。
    众所周知，无刷直流电动机的最大缺点是存在转矩脉动，尤其在低速运行时，这是因
为无刷直流电机从原理上讲相当于只有三个换向片的直流电动机，针对这一先天性缺陷 ，
人们试图从电机和控制器两力、面人手来解决这一问题，但仍未从根本上使其与永磁同步
电动机的性能相比。
    无刷直流电动机有许多优点，主要还是缘于采用功率电子换相替代了机械换向器和电
刷后所带米的种种优越性。但这种机电一体化电机系统最大的好处还是在不增加太多硬件
电路资源的情况下，控制器很容易通过电机自身所固有的转子位置传感器信号，间接检
测转速来实现速度闭环控制，因为这种闭环控制大人改变了电机输出的机械特性。尽管这
样，由于低速转矩脉动的存在，无刷直流电动机的转速范围不大、控制精度不高，其低速
控制性能仍有待提升。与永磁同步电动机的正弦波驱动相比，正是由 F 无刷直流电动机控
制简单、成本低，所以下列技术问题一直在研究，并在工程中不断得到完善。
    2 无刷直流电机控制技术的研究

2．1 PwM 斩波方式通常，PwM 斩波方式有多种选择，但近些年上下全斩的方式基

本上被淘汰，比较常用还是上斩下不斩、F 斩上不斩或者上下轮斩。这些 PWM 斩波方式，
其目的都是为了降低开关损耗，均衡逆变器功率管的发热，或者通过改变逆变器的续流
路径来降低直流母线上的电压尖峰等等。为了真正地提高 PwM 的开关频率而又不增加开
关损耗，在功率拓扑的卣流环节巾增加谐振电路，可为后级三相逆变器功率管的开通／