永磁无刷直流电机控制原理（永磁无刷直流电动机控制）

永磁无刷直流电机将永磁体粘结在转子铁芯表面，采用集中绕组形成隐极转子结构。转子永磁体产生的主磁场分布接近梯形波。当转子匀速旋转时，定子绕组被主磁场切割，定子绕组各相感应出的电势波形与主磁场基本一致。为简化分析，可近似视为梯形波，其平顶宽度为120电角。如下图所示，为了输出恒定的电磁功率或扭矩，三相定子绕组必须添加六阶梯形波或方波电流：

通常，永磁无刷直流电机在定子上固定有三个位置传感器（通常是霍尔），用于检测转子相对于定子的磁极位置。如图所示，霍尔信号检测到的位置信号被反射出来。图中大厅为120安装方式：

当电机运行时，三个霍尔信号经过一些处理后发送到MCU。然后MCU根据获得的霍尔位置信息按一定顺序驱动三相全桥逆变器中的开关器件接通和关断。这样就可以得到6个霍尔信号。阶跃梯形波的定子电流使定子绕组产生旋转变压器磁场。定子磁场的平均转速与转子永磁体的转速同步。这样，就会产生有效的电磁扭矩，转子就会持续旋转。从原理上还可以看出，无刷直流电机的换向时间与转子位置密切相关。可见，如何控制霍尔信号与MCU之间的位置信息传递来驱动逆变器中的开关器件，是控制霍尔永磁无刷直流电机的关键。

然而，由于位置传感器的安装会增加额外的成本和体积，并且会受到环境温度和湿度的影响，因此无位置传感器（SensorLess）控制方法越来越受到关注。对于无位置传感器的永磁无刷直流电机的控制，一般采用反电动势检测方法。但反电动势法有一个非常致命的缺陷，那就是在电机启动状态和低速状态下反电动势很小的情况下无法准确获取转子的相对位置。可以准确得到。因此，无位置传感器永磁无刷直流电机无法启动。一直都很困难。

目前，应用最广泛的永磁无刷直流电机无位置传感器控制方法是传统的三阶段方法：首先给逆变器一个固定的驱动状态，将定子绕组拉到固定的位置，然后采用强制换相。进行开环加速运算，当加速度达到能够准确获得反电动势的时刻，切换到闭环运算阶段，利用反电动势来估计位置。三级式适用于转动惯量小、负载轻的工况。它不适合重负载的情况。长期开环会导致电机失步，定子电流增大，电机无法正确高效运行（如吸尘器、汽车等、风扇等）。

那么如何才能更好的实现无位置传感器永磁无刷直流电机的控制呢？

审稿人：李茜