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使开关管VT6截止、VT2导通，此时VT1仍导通。这使绕组A、C通电，A进C出，电枢绕组在空间合成磁场如图2.3(b)中Fa。此时定、转子磁场相互作用，使转子继续沿顺时针方向转动，电流的流通路径为：电源正极→VT1管→A相绕组→C相绕组→VT2管→电源负极，依此类推。当转子继续沿顺时针每转过60°电角时，功率开关管的导通逻辑为：VT3VT2→VT3VT4→VT5VT4→VT5VT6→VT1VT6…则转子磁场始终受到定子合成磁场的作用并沿顺时针方向连续转动。

(a)磁极处于B相绕组平面 (b)磁极处于A相绕组平面

图2-3 无刷直流电动机工作原理示意图

在图2-3(a)到图2-3(b)的60°电角范围内，转子磁场顺时针方向连续转动，而定子合成磁场在空间保持图2-3(a)中的Fa的位置不动，只有当转子磁场转够60°电角到达图2-3(b)中的Fa的位置时，定子合成磁场才从图2-3(a)中Fa位置顺时针跃变至图2-3(b)中的Fa的位置。可见定子合成磁场在空间不是连续旋转的磁场，而是一种跳跃式旋转磁场，每个步进角是60°电角。

表2-1 两相导通星形三相六状态时绕组与开关管导通顺序表

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当转子每转过60°电角时，逆变器开关之间就进行一次换流，定子磁状态就改变一次。可见，电机有6个磁状态，每一状态都是两相导通，每相绕组中流过电流的时间相当于转子旋转120°电角，每个开关管的导通角为120°，两相导通星形三相六状态无刷直流电动机的绕组与开关管导通顺序的关系如表2-1所示。

图2-4 梯形波反电势与方波电流

无刷直流电动机采用方波电流驱动，与120°导通型三相逆变器相匹配，由逆变器向电动机提供三相对称的、宽度为120°电角的方波电流。方波电流应与电势同相位或位于梯形波反电势的平定宽度范围内，如图2-4所示。为了获得梯形波反电势，电枢绕组设计成集中绕组。

无刷直流电动机按驱动方式可以分为半桥驱动和全桥驱动，按绕组接法又可分为星形连

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接和三角形连接。不同的绕组接法和驱动方式的选择将会使电机具有不同的性能，且成本也不同，主要从以下三个方面来进行分析:

1)绕组利用率。无刷直流电动机的绕组是断续通电的，适当的提高绕组通电利用率将可以使同时通电导体数增加，使电阻下降，提高效率。因此三相比四相、五相好，全桥驱动比半桥驱动好。

2)转矩的脉动。无刷直流电动机的输出转矩脉动比普通直流电动机大，因此希望尽量减小转矩脉动。一般相数越多，转矩的脉动越小，而全桥驱动比半桥驱动转矩的脉动小。

3)电路成本。相数越多，所需开关器件越多，成本也越高。全桥驱动比半桥驱动成本高。多相电动机的结构复杂，成本也高。

综合上述分析，三相电机星形连接全桥驱动方式综合性能最好，应用最多，本系统选择的三相星型连接无刷直流电机，采用全桥驱动方式，下面介绍其基本原理。

图2-5是三相无刷直流电动机星形连接全桥驱动时的电路原理图，采用两相导通三相六状态工作方式。在电机运行过程中，霍尔位置传感器不断检测电机当前位置，控制器根据当前位置信息来判断下一个电子换向器的导通时序模式。电子换相器的控制关键在于在检测到当前位置的同时开通下一个位置导通状态的电子开关，当前位置与下一位置电子开关导通相的对应关系如表2-2所示，由表2-2可以看出，开关管的导通顺序为VT(1、6)- VT(1、2)- VT(2、3)- VT(3、4)- VT(4、5)- VT(5、6)，六个开关管依次间隔600电角度导通，每管导通120度，任何时刻仅有2个开关管导通 (“+”表示此相是电流流入端，“一”表示此相是电流流出端)。

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VT1VT3VT5ABVT4VT6VT2C无刷直流电动机位置信号换相控制逻辑HAHBHC

图2-5 无刷直流电动机全桥驱动原理图 表2-2 位置信号与换相模式关系

当前位置（HC,HB,HA) 101 001 011 010 110 100 通电顺开关管 序 A-B A-C B-C B-A C-A C-B VT1+,VT6- VT1+,VT2- VT2-,VT3+ VT3+,VT4- VT4-,VT5+ VT5+,VT6- 0～60 60～120 120～180 180～240 240～300 300～360 转子位置（电角度） 3、无刷直流电机的数学模型

本文选取的三相无刷直流电机的绕组是星形接法，采用两相通电六状态控制方式，为了更好的控制无刷直流电机，有必要了解无刷直流电机的特性方程及其运行过程中的数学模型。为了便于分析，作出如下假设：

●定子三相绕组完全对称，空间互差120°，参数相同；

●转子永磁体产生的气隙磁场为梯形波，三相绕组反电势为梯形波，波顶宽

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