无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动
机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充
磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电
子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动
机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的
通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护
和显示等等。
无刷直流电动机的原理简图如图 4 所示：

— —

主电路是一个典型的电压型交 直 交电路，逆变器提供等幅等宽 5-26KHz 调制波的对
称交变矩形波。
    永磁体 N-S 交替交换，使位置传感器产生相位差 1200 的 U、V、W 方波，结合正/反转信
号产生有效的 6 状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生 T1—
T4 导通、T1—T6 导通、T3—T6 导通、T3—T2 导通、T5—T2 导通、T5—T4 导通，也就是说将
直流母线电压依次加在 A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对 N-
S 极，T1—T6 功率管即按固定组合成 6 种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通
电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动 600 电角度，转子跟随定
子磁场转动相当于 600 电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器 U、V、W 按约定
产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前
进 600 电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因
为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控
式同步电动机。
2.2 无刷直流电动机的电磁转矩
    无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场
轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启
动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。
    由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁

—

转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流 转矩特性。
    电动机的转矩正比于绕组平均电流：
    Tm=KtIav    （N·m

                     

）

(1)

    电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：
    ELL=Keω    （V

                

）

(2)

    所以电动机绕组中的平均电流为：
    Iav=（Vm-ELL）/2Ra    （A

           

）

(3)

    其中，Vm=δ·VDC 是加在电动机线间电压平均值，VDC 是直流母线电压，δ 是调制波
的占空比，Ra 为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩：
    Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
    Kt、Ke 是电动机的结构常数，ω 为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的 ω 时，改
变占空比 δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控
制相同的控制特性和机械特性。
    无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令 Vc 的高低，如果速度指令最大值为+5V
对应的最高转速：Vc（max）ón max，那么，+5V 以下任何电平即对应相当的转速 n，这
就实现了变速设定。
    当 Vc 设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指
令转速时，反馈电压 Vfb 变小，调制波的占空比 δ 就会变大，电枢电流变大，使电动机