学习报告（19.10.15-19.11.12）

1、无刷直流电机（BLDCM），以法拉第的电磁感应定律为基础，以电力电子技术、数字电子技术和各种物理原理为后盾。
BLDCM主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕阻的定子和位置传感器（可有可无）组成。大多数的BLDCM定子有3个呈星型排列的绕阻。偶数个绕阻分布在定子的周围组成了偶数个磁极。转子是2~8对永磁体按照N极和S极交替排列在转子周围构成（内转子型）。如果是外转子型BLDCM,则贴在转子内壁。
2、左手定则：左手，大拇指和其余四指垂直，掌心向N极，四指顺着电流方向，大拇指所指方向就是载流导体在磁场中的受力方向。
F=BIL （B磁场感应强度；I电流大小；L导体有效长度）；F=BILsinθ （θ为B、I夹角）
3、转矩TD

4、右手定则：右手，大拇指和其余四指垂直，掌心向N极，大拇指对着导体运动方向，四指所指方向就是该导体在磁场中所产生的电动势方向。
感应电动势:E=vBLsinθ（v导体运动速度；B磁感应强度；L导体有效长度;θ为B、L夹角）角速度ω，则v=ωr
作为电动机运行，端电压>电枢绕阻的感应电动势。以输入电流作为电枢电流正方向，则感应电动势与电流正方向相反，称E为反电动势，E=ωrBL。若导体总数Z_D，而他们互相串联，则总反电动势E=ωrBLZ_D。
反电动势常数K_E=rBLZ_D,则有E=K_Eω。
K_T反映了电能转换为机械能的能力强弱；K_E反映机械能转换为电能的能力强弱。
5、右手螺旋定则：右手握住通电螺线管，四指弯曲与电流方向一致，大拇指所指一端为N极。
6、换相原理：通过改变电流方向进行换相。换相时刻只与转子的位置有关，与转速无关。

7、BLDCM工作原理：先根据转子位置传感器的输出信号确定转子位置；然后通过电子换相电路驱动电机本体使电机绕组依次馈电，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转子转动。

通过控制电路控制VT1~VT6 6个开关管的开关顺序，以实现电机的换相操作。（六步梯形控制法）
实际操作的时候不会让转子转到与定子磁场方向对齐，而是定子主磁场方向一直超前转子磁场一定角度，这样才会使转矩较大。一般利用霍尔传感器检测位置的话，会60⁰ 换相一次，换相后定子主磁场超前转子磁场120⁰ 。转子受到定子磁场作用，会向定子磁场对齐方向旋转。
机械角度是指电机转子的旋转角度，由Θm表示；电角度是指磁场的旋转角度，由Θe表示。转子为一对极时，Θm=Θe ；转子为n对极时，Θe=nΘm 。
8、霍尔传感器：根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，属于磁敏式位置传感器。
霍尔效应：磁场会对位于其中的带电导体内运动的电荷截流子施加一个垂直于其运动方向的力。电荷在导体两侧累积会平衡磁场的影响，在导体两侧建立稳定的电势差。
霍尔传感器电压范围4-24V，电流范围5~15mA。霍尔传感器的输出通常采用集电极开路类型，控制器端可能需要上拉电阻。BLDCM中的霍尔传感器如果是3个120⁰间隔分布安装，输出信号相位互差就为120⁰电角度。

9、光电编码器
A、增量式光电编码器：能够产生与位移增量等值的脉冲信号，提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法。不能直接检测出轴的绝对位置信息。其输出为A、B两相互差为90⁰电角度的脉冲信号，判断旋转方向。Z相用作参考零位标志脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。

B、绝对式光电编码器：一种直接输出数字量的传感器。不要计数器就可以在转轴的任意位置读出一个固定的与位置相对应的数字码，没有累积误差，电源切除后位置信息不会丢失。
10、无位置传感器的转子位置检测
A、反电动势法：在转子旋转时会在定子绕组中产生感应电动势，即反电动势。当BLDCM的某相绕组反电动势过零时，转子直轴与该相绕组轴线刚好重合。因此只要检测到各相绕组反电动势过零点就可获知转子的若干个关键位置。BLDCM绕组反电动势的过零点严格反映了转子磁极位置，只要能准确检测到绕组反电动势过零点信号，就可以作为绕组的换相时刻。
当电机静止或转速很低时，反电动势为零或很小，无法利用绕组反电动势获得转子位置信息，电机无法自启动。
B、电流法：根据电机相电流信号估计转子位置信息，进而控制无刷直流电机的换向方法。精确性受处理器速度和功率管开关频率限制，容易造成电流和反电动势不同相位运行。
C、状态观测法：用卡尔曼滤波器估计转子位置和转子速度。
D、人工智能法：神经网络技术。
E、磁链法：通过和转子磁链直接相关的磁链函数获得转子位置的信号。
11、BLDCM数学模型

12、BLDCM运行特性
电动势平衡方程：

电枢反电动势：

得

A、启动特性：电枢电流（启动电流）

其值可为正常工作电枢电流的几倍到十几倍，启动电磁转矩非常大。随着转子加速，反电动势E增加，电枢电流逐渐减小，电磁转矩降低，加速度减小，最后进入正常工作状态。

B、工作特性：电枢电流随着输出转矩的增加而增加。

当电机的可变损耗等于不变损耗时，电机效率达到最大值。
C、机械特性：

D、调速特性：可通过调节电源电压实现平滑调速。
E、转矩转速特性：峰值转矩（T_P）,额定转矩（T_R）。在 BLDCM中，转矩在转速达到额定值之前都保持不变。电机运转可达到最大转速是额定转速的150%，但从超过额定转速起转矩开始下降。经常带负载的启动、停止和反转的电机应用需要比额定转矩更大的转矩。

13、应用
选择合适的电机参数：峰值转矩、RMS转矩和工作转速范围。
A、峰值转矩（T_P）：

（留出20%的全裕度）
惯性转矩（T_J）：将负载从静止加速，或从低速加速到高速所需转矩。

J_L+M是负载与转子惯量之和；α是所需加速度。连接到电机轴上的机械系统决定负载转矩和摩擦转矩。
B、RMS转矩：

C、转速范围：驱动应用所需的电机转速。

14、二二导通方式：每次使两个开关同时导通。

三三导通方式：每次使三个开关管同时导通。
二二导通方式电磁转矩比三三导通方式大、转矩平稳性好。

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