三相BLDC电机控制和驱动系统的策略
三相无刷直流电机原理和控制方法
三相无刷直流电机原理和控制方法一、BLDC电机的工作原理：BLDC电机是由无刷电机和电子调速器组成的系统。
其工作原理主要包括定子和转子两部分。
1.定子部分：BLDC电机的定子上有三个永磁铁，分别是U、V、W相。
这三个相互相隔120度，每个相上都有两个定子绕组。
当定子绕组通电时，会在定子上形成一个旋转的磁场。
2.转子部分：BLDC电机的转子上有多个永磁铁，通常为四个或六个。
这些永磁铁构成了转子的磁极，通过转子上的轴向磁力使得电机可以旋转。
3.电子调速器：BLDC电机的电子调速器主要由功率器件和控制电路组成。
控制电路通过传感器检测电机的转子位置和速度，并根据外部的控制信号来控制功率器件的开关，从而控制电机的转速和运行状态。
BLDC电机的工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。
二、BLDC电机的控制方法：BLDC电机的控制方法主要包括传感器控制和传感器无控制两种。
1.传感器控制：传感器控制是通过传感器检测电机的旋转位置和速度，并将这些信号反馈给控制器，从而调整电机的驱动信号来控制电机的运行状态和转速。
传感器控制的优点是精确度高、控制稳定，但需要安装传感器，增加了电机的结构复杂性和成本。
2.传感器无控制：传感器无控制是通过算法来估计电机的转子位置和速度，而无需使用传感器。
常见的传感器无控制方法有基于反电动势法和基于电流观测法。
基于反电动势法是通过测量电机绕组的反电动势来推测转子位置和速度。
该方法简单直观，但对低速和低转矩的控制效果不好。
基于电流观测法是通过观察电机绕组的电流变化来推测转子位置和速度。
该方法相对准确，但对电流测量的要求较高。
传感器无控制的优点是结构简单、成本低，但其精确度和控制稳定性相对较差。
三、总结：BLDC电机将传统的有刷直流电机中的机械换向器替换成了电子换向器，具有结构简单、效率高、控制精度高和使用寿命长等优点。
其工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。
三相直流电机 pwm驱动原理
三相直流电机 pwm驱动原理三相直流电机（BLDC）是一种无刷电机，它采用三相交流电源和电子换向器来提供电机转子的转子，以实现高效率和高控制性能。
其中，PWM（Pulse Width Modulation）驱动是一种常见的驱动方式，它通过调整电机供电的脉冲宽度及频率来实现对电机速度和转矩的精确控制。
BLDC电机的架构包括定子和转子。
定子是由三个线圈组成的，每个线圈与电源相连，形成一个三相交流电源。
转子则是由永磁体组成的，它被安装在电机轴上，并通过电机驱动器进行驱动。
电机驱动器通过检测转子位置并适时地触发相应的线圈，以产生恰当的磁场来推动转子的运动。
PWM驱动是通过调整电机供电的脉冲宽度及频率来控制电机转速和转矩的方法。
具体实现上，PWM驱动使用电子开关（如晶体管或MOSFET）来控制电机驱动器的输入电流和电压。
通过调整电子开关的开关周期和占空比，可以改变电机驱动器输入电流的平均值，从而控制电机的运行状态。
在PWM驱动中，电子开关以固定的频率切换开关状态，通过开关控制电流向电机驱动器的输送和截断。
开关周期就是每个切换周期的时间。
占空比则是脉冲开启时间与开关周期之比。
占空比越大，表示开启时间越长，电流平均值越大；反之，占空比越小，电流平均值越小。
对于三相直流电机，每个线圈的电流都是通过PWM驱动进行控制的。
换向控制是通过在三个线圈之间循环切换来实现的。
即在每个PWM 周期内，电机驱动器按顺时针或逆时针的方式依次激活线圈。
在每个激活线圈的时间段内，电流被加载到该线圈上，形成一个可变磁场，推动转子运动。
在PWM驱动中，控制电机的转速和转矩的关键是调整占空比。
通过增加或减小占空比，可以改变电机驱动器输入电流的平均值，从而控制电机的输出功率。
此外，调整PWM的频率也可以影响电机的性能。
通常情况下，增加PWM频率能够减小电机的转矩波动和噪声，提高系统的响应速度和效率。
总结起来，PWM驱动是一种通过调整电机供电的脉冲宽度及频率来精确控制电机转速和转矩的方法。
BLDC和PMSM电机的构造及驱动方案介绍
BLDC和PMSM电机的构造及驱动方案介绍无刷直流（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）现在在许多应用中受到青睐，但运行它们的控制软件可能难以实现。
恩智浦的Kinetis电机套件弥补了与嵌入式控制软件和直观GUI的差距，最大限度地降低了软件的复杂性并加快了开发过程。
本文将简要介绍BLDC和PMSM电机的构造和关键操作参数，然后介绍如何驱动它们。
然后，它将讨论软件为何复杂，如何管理以及一些硬件选项。
然后，它将研究如何使用恩智浦的Kinetis电机套件启动和运行项目。
三相无刷直流电机（BLDC）及其近似同类电机，永磁同步电机（PMSM）已成为在过去十年中，由于其控制电子设备的成本急剧下降，新的控制算法激增，因此在过去的十年中，工业领域也越来BLDC电机具有高可靠性，高效率和高功率体积比。
它们可以高速运行（大于10,000 rpm），具有低转子惯量，允许快速加速，减速和快速反向，并具有高功率密度，将大量扭矩包装成紧凑的尺寸。
今天，它们被用于任何数量的应用，包括风扇，泵，真空吸尘器，四轴转换器和医疗设备，仅举几例。
PMSM与带有绕线定子和永磁转子的BLDC具有相似的结构，但定子结构和绕组更类似于AC感应电机，在气隙中产生正弦磁通密度。
PMSM与施加的三相交流电压同步运行，并且具有比交流感应电动机更高的功率密度，因为没有定子功率用于感应转子中的磁场。
今天的设计也更强大，同时具有更低的质量和惯性矩，使其对工业驱动，牵引应用和电器具有吸引力。
创造驱动器鉴于这些优势，它不是不知道这些电机是如此受欢迎。
然而，没有任何东西没有价格，在这种情况下，驱动和控制电路的复杂性。
消除换向电刷（及其伴随的可靠性问题）使得需要电气换向以产生定子旋转场。
这需要一个功率级（图1）。
图1：三相电机驱动的简化框图。
三个半桥在控制器的指导下切换电机相电流，其输出由前置驱动器放大和电平移位。
（使用Digi-Key方案绘制的图表- 它）。
bldc控制原理
bldc控制原理BLDC（无刷直流电机）控制是现代电机控制领域的一个热门话题。
这种电机的控制被广泛应用于家用电器、无人机、自动化设备等自动控制系统中。
本文将介绍BLDC电机的基本工作原理和控制策略。
BLDC电机的工作原理通常，BLDC电机由永磁体、转子、驱动电子器件和控制电路组成。
永磁体通常位于电机的外部并固定在定子上，而转子则包含一组绕在铁芯上的绕组。
当这些绕组被激励时，它们产生一个磁场，这个磁场与永磁体产生的磁场相互作用，从而导致电机转动。
BLDC电机有三个绕组，分别称为A、B和C绕组。
这些绕组放置在定子上，并与转子上的磁极相交。
在运行时，BLDC电机通过不断交替激活这三个绕组中的一组或多组来实现转子旋转。
这个过程需要一个特殊的控制器，它根据电机的运转状态和需求来控制三个绕组的激励。
控制BLDC电机的策略要控制BLDC电机的旋转，需要将控制信号发送给电机控制器。
这个信号可以是数字脉冲宽度调制（PWM）信号。
此外，还需要描述BLDC电机的状态和控制策略的控制器。
常用的控制策略包括：1.交替相邻的绕组：这种控制策略是最简单的，并且可以实现BLDC 电机的高速运行。
在此策略中，只有两个相邻的绕组被同时激活，并且在接下来的时间段内分别切换。
2.正/反向旋转：在这种控制策略中，控制器可以发送一个指示电机正向旋转或反向旋转的信号。
当要逆转电机的方向时，需要改变绕组的激励顺序。
3.按需交替绕组：这种控制策略基于电机负载和应用需求。
控制器可以根据电机的负载发出不同的交替激励顺序信号。
这种方法可以实现电机的低功耗运行和更高的能效。
总结BLDC电机控制是现代电机控制领域的一个重要课题。
它可以通过不同的控制策略来实现高效的转动和负载适应性。
随着新技术的不断进步，BLDC电机控制也将得到更精细和高效的改进，从而在未来的自动化、航空航天、医疗等领域展现出更多的应用价值。
BLDC电动机本体设计及控制原理(详细版)
BLDC电动机本体设计及控制原理(详细版)一、引言直流无刷电动机（Brushless DC Motor，BLDC）是近年来研究与应用领域日益扩大的电机类型。
它具有高效率、高转矩、低噪音、长使用寿命等优点，广泛应用于电动汽车、航空航天、家用电器、微型机器人等领域。
本文主要论述BLDC电动机本体设计及控制原理。
二、BLDC电动机结构及工作原理BLDC电动机主要由转子、定子、传感器、电路控制系统等部分组成。
1. 转子转子是BLDC电动机的核心部分，主要由磁铁和轴组成。
磁铁通常采用强磁性永磁体，由于磁阻较小、磁延迟性小，因此稳定性好，容易控制。
轴材料通常为钢铁材料，既满足强度要求，又具备较高的刚度。
转子采用永磁体的励磁方式，可以降低电机的故障率。
2. 定子定子是BLDC电动机的外部部分，主要由铁芯和绕组组成。
定子铁芯通常由硅钢片穿插叠压而成，目的是避免铁芯中涡流的损耗。
绕组则由若干个线圈组成，其数量与定子极数有关。
3. 传感器传感器主要包括霍尔元件和编码器。
霍尔元件主要用于检测转子磁极位置，编码器用于检测转子具体位置。
这些传感器输出的信号可以通过控制器计算得到电机的精确位置和转速。
4. 电路控制系统电路控制系统主要由驱动电路和控制器组成。
由于BLDC电机是三相交流电机，因此需要采用三相桥式电路进行驱动。
这种电路可以通过PWM技术实现精确的电机控制。
BLDC电动机的工作原理是依靠磁场作用产生电动力矩，具体而言，是依靠定子电流的旋转磁场作用与永磁体产生相互作用力而产生电动力矩的。
BLDC电机通过不断改变定子电流方向和大小来控制电机的转速和方向。
三、BLDC电动机控制原理1. 电机转速控制为了实现BLDC电动机的精确控制，需要对电机的转速进行控制。
一般采用PID控制算法对电机进行控制。
PID算法通过将实际转速与设定值进行比较，计算出误差，然后根据误差大小来调整控制电压的大小和方向。
这种方法可以有效地降低电机的振动和噪声，提高电机的精度和稳定性。
BLDC电机控制算法
BLDC电机控制算法无刷电机属于自換流型(自我方向轉換)，因此控制起来更加复杂。
BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。
对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度/或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度功率。
BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。
大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。
这就提供了最高的分辨率。
如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM信号。
为了感应转子位置，BLD C电机采用霍尔效应传感器来提供绝对定位感应。
这就导致了更多线的使用和更高的成本。
无传感器BLDC控制省去了对于霍尔传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。
无传感器控制对于像风扇和泵这样的低成本变速应用至关重要。
在采有BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。
空载时间的插入和补充大多数BLDC电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。
可能会要求这些特性的BLDC 应用仅为高性能BLDC伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。
控制算法许多不同的控制算法都被用以提供对于BLDC电机的控制。
典型地，将功率晶体管用作线性稳压器来控制电机电压。
当驱动高功率电机时，这种方法并不实用。
高功率电机必须采用PWM控制，并要求一个微控制器来提供起动和控制功能。
控制算法必须提供下列三项功能：用于控制电机速度的PWM电压用于对电机进整流换向的机制利用反电动势或霍尔传感器来预测转子位置的方法脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组。
有效电压与PWM占空度成正比。
当得到适当的整流换向时，BLDC的扭矩速度特性与一下直流电机相同。
可以用可变电压来控制电机的速度和可变转矩。
功率晶体管的换向实现了定子中的适当绕组，可根据转子位置生成最佳的转矩。
在一个BLDC电机中，MCU必须知道转子的位置并能够在恰当的时间进行整流换向。
BLDC控制方案
BLDC控制方案一、BLDC控制方案概述BLDC（无刷直流电机）是一种广泛应用于各个领域的电机类型，其具有高效、低噪音和长寿命等优点，因此得到了广泛的关注和应用。
为了更好地控制BLDC电机，提高其性能和效率，需要采取合适的控制方案。
本文将介绍一种常用的BLDC控制方案，以及其原理和应用。
二、BLDC控制方案原理BLDC电机由若干个定子线圈和一个转子组成，通过电流分别通过不同的定子线圈，能够使转子旋转。
BLDC控制方案通过检测电机各个定子线圈的位置和转子的位置，将合适的电流输入到对应的定子线圈，从而实现BLDC电机的控制。
具体而言，BLDC控制方案需要以下几个基本组成部分：1. 传感器：用于检测电机各个定子线圈的位置和转子的位置。
常用的传感器包括霍尔效应传感器和编码器。
2. 控制器：接收传感器信号，通过算法计算出合适的电流，并驱动功率放大器为电机提供合适的电流。
控制器负责控制转子的位置和速度，并实现闭环控制。
3. 功率放大器：将控制器输出的小电流放大为足够大的电流，以供电机使用。
功率放大器通常采用MOSFET或IGBT等高功率开关元件。
4. 电源：为控制器和功率放大器提供电力供应，保证其正常工作。
三、BLDC控制方案应用BLDC控制方案广泛应用于各种需要高效控制电机的场景，下面以电动汽车为例进行具体阐述。
1. 电动汽车中的应用：BLDC控制方案在电动汽车的驱动系统中扮演着重要的角色。
通过准确控制电机的转子位置和速度，BLDC控制方案能够实现电动汽车的平稳启动、高效运行和精确控制。
同时，BLDC电机具有高效、低噪音和长寿命等特点，非常适合用于电动汽车的驱动系统。
2. 工业自动化中的应用：BLDC控制方案也被广泛应用于工业自动化领域。
例如，在机械设备中使用BLDC电机可以实现高速、高精度的定位和控制，提高生产效率和产品质量。
3. 家电领域中的应用：家电领域中的许多产品也采用了BLDC控制方案。
例如，以BLDC电机为驱动的风扇具有低噪音、高效节能的特点，被越来越多的消费者所接受。
BLDC电机驱动系统的设计与控制
BLDC电机驱动系统的设计与控制一、引言随着电气化和智能化时代的到来，电机的应用日益广泛，其中包括无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDC）的应用。
BLDC 电机比传统的有刷电机在功率，效率，噪音等方面更加优越，逐渐成为热门的电机类型。
本文旨在介绍BLDC电机驱动系统的设计与控制。
二、BLDC电机的结构与工作原理BLDC电机由定子和转子组成。
定子由绕组、铁芯、端盖和轴承组成，转子由永磁体、轴和转子芯组成。
BLDC电机通过由无刷交流电动机电控制器驱动，由交流电源产生的交流电能转换成直流电源驱动电机，交换电流的方向使电机转速单向改变。
BLDC电机的转子上装有永久磁体，当电磁铁控制摆臂（电子换向器）的电流发生改变时，摆臂上的电流也发生改变，使摆臂产生磁力作用于转子上的永磁体，电机将按程序旋转。
BLDC电机利用电子励磁器（ESC）驱动，在驱动上根据电机合理功率和电机特性选择适当的PWM频率进行控制。
电机转子位置由电子励磁器通过观察电极式绝缘体旋转特性来确定。
三、BLDC电机驱动系统设计BLDC电机驱动系统主要由以下部分组成：1. 电机本体：包含电机的绕组、转子、定子、永磁体、轴承等元件。
2. 电机控制系统：主要是控制模块和功率驱动模块。
控制模块包括控制器、检测器、电源系统和信号输入系统等等；功率驱动模块包括电机驱动芯片、电源菜单、PWM驱动芯片、电源管理芯片等。
3. 电机驱动源：主要是DC电源，驱动电机需要定电压和定电流，详细的如下表格所示。
驱动电机的参数 | DC电源参数---|---Phase (U, V, W) | DC 驱动电压电机频率 | DC驱动电压电机转速 | DC 驱动电流电机力矩 | DC驱动电流（最大）表1：BLDC电机的驱动参数在BLDC电机驱动系统中，电子控制器扮演着重要的角色，电子控制器负责将输入信号转化为驱动电机的信号，控制电机正反转、转速、制动等操作。
其中，输入信号通常采用角度位置传感器进行电气信号准确定位，从而实现闭环速度控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
简化三相BLDC电机控制和驱动系统的策略
_________________________________________________________________
Microchip Technology Inc.
模拟和接口产品部
产品线营销经理
Brian Chu
高度集成的半导体产品不仅是消费类产品的潮流，同时也逐步渗透至电机控制应用。
与此同时，无刷直流（BLDC）电机在汽车和医疗应用等众多市场中也呈现出相同
态势，其所占市场份额正逐渐超过其他各类电机。
随着对BLDC电机需求的不断增
长以及相关电机技术的日渐成熟，BLDC电机控制系统的开发策略已逐渐从分立式
电路发展成三个不同的类别。
这三类主要方案划分为片上系统（SoC）、应用特定
的标准产品（ASSP）和双芯片解决方案。
这三类主要方案均能减少应用所需的元件数并降低设计复杂度，因此正逐渐受到电机系统设计工程师的青睐。
不过，每种策略都有其各自的优缺点。
本文将论述这三种方案及其如何在设计的集成度和灵活性之间做出权衡。
图1：典型的分立式BLDC电机系统框图
基本电机系统包含三个主要模块：电源、电机驱动器和控制单元。
图1给出了传统
的分立式电机系统设计。
电机系统通常包含一个简单的带集成闪存的RISC处理器，此处理器通过控制栅极驱动器来驱动外部MOSFET。
该处理器也可以通过集成的MOSFET和稳压器（为处理器和驱动器供电）来直接驱动电机。
SoC电机驱动器集成了上述所有模块，并且具有可编程性，能够适用于各类应用。
此外，它还是因空间受限而需要优化的应用的理想选择。
但是，其处理性能较低且内部存储空间有限，因此无法应用于需要高级控制的电机系统。
SoC电机驱动器IC
的另一个缺点是开发工具有限，例如缺乏固件开发环境。
大多数业界领先的单片机供应商均提供种类繁多的易用工具，这一点与之形成鲜明对比。
ASSP电机驱动器面向某一特定领域设计，一切都针对某个狭义应用而优化。
其占
用空间极小且无需软件调节。
此外，它还是空间受限应用的理想选择。
图2给出了
10引脚DFN风扇电机驱动器的框图。
由于ASSP电机驱动器通常专注于大批量生产
应用，因此往往拥有出色的性价比。
不过，这并不意味着依靠ASSP驱动器运行的
电机需要牺牲性能。
例如，大多数现代ASSP电机驱动器能够驱动采用无传感器和
正弦算法的BLDC电机，而过去则需要使用高性能单片机才能实现这一点。
但是，ASSP产品缺乏可编程性且不能调节驱动强度，这会限制其适应日益变化的市场需
求的能力。
图2：独立式风扇电机驱动器框图
尽管高集成度是当今电子产品的一大趋势，但仍有大量应用对具有丰富模拟驱动器和智能模拟单片机的双芯片解决方案的需求不断增长。
双芯片策略允许设计人员从各种单片机中进行选型，支持采用梯形或正弦驱动技术的有传感器换向或无传感器换向。
采用此方案时，配套驱动器芯片的选择至关重要。
理想的配套芯片至少应包含以下特性：
•高效的可调节稳压器，用于降低功耗并为各类单片机供电
•监视和后台处理模块，确保电机安全运行并允许主机与驱动器之间进行双向通信
•可优化性能的可选参数，无需投入额外的编程工作量
•适用于MOSFET或BLDC电机的额定功率驱动器
图3给出了双芯片解决方案示例，其搭配使用功能丰富的三相电机驱动器与高性能数字信号控制器（DSC）来驱动六个N沟道MOSFET，实现了永磁同步电机（即PMSM，一种无刷电机）的磁场定向控制。
如果简单的六步控制架构已经足够，则可以使用成本低廉的低档8位单片机来替代DSC。
当选择具有近似额定功率的BLDC 电机时，即便不改变驱动电路也能实现上述控制。
图3：具有外部MOSFET的双芯片BLDC解决方案
总的来说，采用SoC和ASSP电机驱动器时，电机系统设计人员不仅使用的元件数最少，而且灵活性也可达中等程度。
但是，这类高度集成的解决方案各自有不同的局
限性，例如固定的功能、有限的存储容量和处理能力。
表1比较了上述三种主要的BLDC电机控制策略。
表1：BLDC电机控制策略比较
SoC ASSP 双芯片解决方案
可编程性有（有限）无有
闪存固定（通常为32
无16 KB至256 KB
KB或更小）
PCB空间中等小中等
引脚数中等少多
控制器选择无无广泛
额定功率范围内的
中等低高
可重用性
固件开发工具有限不需要由供应商提供标准
版
与分立式设计相比，现代电机控制与驱动解决方案不仅降低了物料成本，而且缩短了系统开发时间，同时对构建针对所选BLDC电机进行优化的系统没有影响。
半导体供应商提供的硬件以及固件参考设计和库可极大地缩短开发时间，从而加快将高级电机控制和驱动概念投入市场的步伐。
注：Microchip的名称和徽标组合及PIC均为Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标。
在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有。