无刷直流电机性能分析+文献综述(6)
电子开关线路由功率控制开关单元和位置传感器信号处理单元组成，用来控制电
机定子上各相绕组通电时间和顺序。功率控制开关单元是控制电路的核心部分，它的
作用是将电源的功率按一定逻辑关系分配给电机定子上的各相绕组，使电机产生连续
不断的转矩。而各相绕组导通的时间和顺序则取决于位置传感器的信号。早期的无刷
直流电机的换向器大多由晶闸管构成，但是其关断要通过反电动势或电流过零才能完
成，并且由于晶闸管较低的开关频率，逆变器只能在较低的频率范围内工作。随着新
型可关断全控型器件的不断发展，IGBT 或功率 MOSFET 具有控制容易、可靠性高、开
关频率高等诸多优点，故在中小功率的电动机驱动控制电路中应用较多。
2.1.4 电枢绕组连接方式
(1)星形连接绕组
星形连接绕组是把所有相绕组线圈的首端或尾端连接在一起，与之相配合的电子
换向电路可以是桥式线路，也可以是非桥式线路。图 2.3（a）和 2.3（b）分别为三
相、四相星形绕组与桥式线路的组合，图 2.4（a）和 2.4（b）为三相、四相星形绕
组与非桥式线路的组合。
图 2.3 星形绕组与桥式线路组合
图 2.4 星形绕组与非桥式线路组合
(2)封闭式连接绕组
封闭式连接绕组是由各相绕组线圈组成封闭的形式。即把第一相绕组线圈的尾端
与第二相绕组线圈的首端相连接，再把第二相绕组线圈的尾端与第三相绕组线圈的首
端相连接，依次类推，直至最后一相绕组线圈的尾端又与第一相绕组线圈的首端相连
接。图 2.5（a）为三相封闭式连接绕组与桥式线路的组合。图 2.5（b）为四相封闭
式连接绕组与桥式线路的组合。[9]
图 2.5 连接绕组与桥式、非桥式线路组合
2.2 无刷直流电机工作原理
有刷直流电动机的结构是以电枢为转子，磁铁为定子，在气隙中产生励磁磁场，
其电枢通电后产生感应磁场。由于电刷的换向作用，在电动机的运行过程中，这两个
磁场的方向始终保持垂直，从而产生恒定电磁转矩，驱动电动机不停运转。
无刷直流电动机为了实现电机的无机械电刷换向，要求把一般直流电动机的电枢
绕组放在定子上，把永久磁铁放在转子上，由转子位置传感器检测转子磁钢位置，根
据位置信号控制电子开关线路，使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子
位置的变化而按一定的次序换向。因此，使得无刷直流电动机在运行过程中定子绕组
所产生的磁场和转动中的转子磁钢产生的永久磁场在空间始终保持在 90°左右的电
角度，产生恒定转矩推动转子旋转。
具体以两相导通星形三相吹冰状态永磁无刷直流电机为例来说明，如图 2.7为无刷
直流电机拓扑结构。M位置检测 控制器
图 2.7 无刷直流电机拓扑结构
当转子永磁体位于图2.8(a)所示位置时，转子位置传感器输出磁极位置信号，经
过控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使功率开关管 Vl，V6 导通，即绕组 A，B 通电，
A进B出，电枢绕组在空间的合成磁势 Fa，如图 2.8(a)所示。此时定转子磁场相互作
用拖动转子顺时针方向转动。电流流通路经为：电源正→V1 管→A 相绕组→B 相绕组
→V6管→电源负极。当转子转过60 度电角度，到达图 2.8(b)中位置时，位置传感器
输出信号，经过逻辑变换后使开关管 V6 截止，V2 导通，此时 V1 仍导通。则绕组 A，
C通电，A进C出，电枢绕组在空间合成磁场如图 2.8(b)中Fa。定转子磁场相互作用