无刷直流电机：三段式启动技术解析

无刷直流电机：三段式启动技术解析

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来源

1.

https://blog.csdn.net/qq_30095921/article/details/126159524

2.

https://blog.csdn.net/qq_30095921/article/details/125978923

3.

https://blog.csdn.net/woyaomaishu2/article/details/134621669

4.

https://blog.csdn.net/qq_41600018/article/details/127977557

5.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/72091265

6.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/441330220

7.

http://www.sztxsz.com/newsPage-43.html

8.

https://www.leili-motor.com/content/98-245-1.html

9.

https://m.elecfans.com/article/2026652.html

10.

https://journals.nwpu.edu.cn/xbgydxxb/FileUp/HTML/20170206.htm

11.

https://www.sumzi.com/new201509/news_info.aspx?id=9913

12.

http://www.hstyq.com/show-572.html

无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）因其高效能、高可靠性和低维护需求，在现代工业和日常生活中得到了广泛应用。从家用电器到汽车工业，从办公设备到医疗仪器，无刷直流电机的身影无处不在。其核心控制技术——三段式启动技术，是实现电机平稳启动的关键。本文将为您详细解析这一技术的原理和应用。

无刷直流电机是一种自控式永磁同步电机，它通过电子换向器替代了传统的机械电刷，实现了更高的效率和更长的使用寿命。电机主要由定子和转子组成，定子包含绕组线圈，转子则由永磁体构成。电机运转时，通过控制输入到定子线圈的电流波形和频率，在绕组周围形成旋转磁场，驱动转子上的永磁体转动。

电机的运转依赖于三个基本物理定律：左手定则、右手定则和右手螺旋定则。其中，左手定则用于分析磁场中载流导体受力方向，右手定则解释感生电动势的产生，而右手螺旋定则则用于判断通电线圈的极性。

在电机运转过程中，转子旋转会在定子绕组中产生一个与外加电压方向相反的电动势，称为反电动势或反电势。反电动势的大小与电机转速成正比，转速越高，反电动势越大。当电机静止或低速运转时，反电动势很小，无法用来判断转子位置，因此需要采用特殊的启动技术。

三段式启动技术是无刷直流电机在无位置传感器情况下实现可靠启动的关键。整个启动过程分为三个阶段：

1. 转子预定位

电机启动前，需要先确定转子的初始位置。通过给定一组触发脉冲，在气隙中形成一个固定方向的磁通，将转子强制定位到特定位置。这个过程通常通过在一组绕组上通电一定时间来实现，PWM占空比和预定位时间需要根据具体电机特性和负载进行调试。

2. 加速阶段

转子定位完成后，电机开始从静止状态加速。这个阶段需要逐步提升转速，直到达到可以检测反电动势的临界速度。由于电机静止时反电动势为零，因此必须通过控制算法逐步增加转速，直到反电动势达到可检测水平。

3. 运行切换阶段

当电机转速达到可以检测反电动势的水平后，系统开始监测反电动势过零点。一旦检测到过零信号，经过30度电角度的延迟后，系统切换到正常运行状态，根据反电动势信号进行换相控制，实现电机的持续运转。

反电动势的检测是实现电机精确控制的关键。目前主要有两种检测方法：

ADC检测法

通过电压采样电路直接检测电机三相端电压，然后通过软件计算悬空相反电动势的过零点。这种方法需要在每个控制周期内采集母线电压，确定理论中性点电压，并将其与悬空相端电压进行比较。

硬件比较器法

通过硬件比较器实时检测悬空相反电动势与虚拟中性点电压的比较结果。这种方法不需要考虑采样时刻，只需监测比较器输出的I/O状态即可判断换相时刻。

无刷直流电机凭借其高效率、低能耗、低噪音和长寿命等优点，在多个领域得到了广泛应用：

• 汽车工业：用于雨刷器、电动车窗、空调系统等，每辆豪华轿车甚至需要多达59个电机。
• 家用电器：在变频空调、洗衣机、冰箱等家电中逐步替代传统感应电机。
• 工业控制：应用于纺织机械、数控机床、自动化生产线等，实现精确的位置控制。
• 医疗设备：用于人工心脏血泵、高速离心机、激光调制器等精密设备。
• 办公设备：在打印机、复印机、硬盘驱动器等设备中实现精准控制。

无刷直流电机的三段式启动技术解决了无位置传感器控制下的启动难题，通过转子预定位、加速和运行切换三个阶段，实现了电机的平稳启动。这一技术不仅简化了系统设计，降低了成本，还提高了电机的可靠性和效率，使其在各个领域都得到了广泛应用。随着相关技术的不断发展，无刷直流电机必将在更多领域发挥重要作用。