无刷电机学习笔记

工作中需要使用无刷电机，要慢慢学习，所以记下学习的过程。（仅供自己学习使用）

前几天使用了ST公司的Motor Control Workbench。这是一款电机控制的工具，可以实时观测电机的运行速度，电压等。

在使用Motor Control Workbench的时候，如果不知道电机的具体参数，可以使用Motor Profiler来测试电机数据。

几点关于无刷有感电机的连接线问题：
无刷有感电机：有两根电源线，三根信号线（连接霍尔传感器），还有三根接三相电源的线。其中两根电源线介入控制板，黑色接地，红色接电源。三根信号线和三相线颜色一致，但粗细不一致，一般传输信号的线较细，传输电流的线较粗，因此，三根较粗的线接入控制板的三相（U、V、W）。若无法分辨，则可用万用表测量。三相电路的三根线是两两短路的，可用万用表测量，万用表会报警。而信号线是不会短路的。

六步换向实现：
电机运行在PWM模式下，并进行六步换向。直流无刷电机的桥式电路，一共有三相六个MOS管， 每一相都有上下桥臂。所谓六步换向即需要通过六步来完成转子旋转一周，即每步60度。通过对三相交替通电，完成旋转。
在这里，六步换向可以大致写成(A,B)，（C,B），（C,A），（B,A），（B,C），（A,C）。在此不止这一种方式。可以看到，每次仅有两相通电，另外一相不通电。
在六步换向中有一个死区时间，死区时间是防止一相的上下桥臂同时导通从而烧掉。而刹车功能是指在外部有异常信号时，使桥式电路关断，从而停下电机。但这种只在电动车和一些不损坏本体结构的东西上使用，在无人机和四旋翼上不使用（刹车的话会摔坏）。
六步换向中，上桥臂负责产生PWM波，而下桥臂则只需产生高电平和低电平即可。无需产生PWM波。PWM波的占空比越大平均电流越大。

关于无刷电机结构相关知识
(1) 无刷电机的绕组数量和永磁极的数量是不一致的（例：9绕组6极）。这样是为了防止定子的齿与转子的磁钢相吸对齐。
(2) 绕组总是3的倍数，因为是三相的。
(3) 电角度和机械角度，机械角度是指转子转过的角度，电角度是指磁场旋转的度数。在六步换向中，电角度每次是60度，而机械角度与电角度的关系是：机械角度= 电角度 / 极对数。
(4) 外转子和内转子的区别： 外转子电机将原来处于中心位置的磁钢做成一片片，贴到了外壳上，电机运行时，是整个外壳在转，而中间的线圈定子不动。外转子无刷直流电机较内转子来说，转子的转动惯量要大很多（因为转子的主要质量都集中在外壳上），所以转速较内转子电机要慢，通常KV值在几百到几千之间。也是航模主要运用的无刷电机。
(5) KV值：转速/V，意思为输入电压每增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。比如说，标称值为1000KV的外转子无刷电机，在11伏的电压条件下，最大空载转速即为：11000rpm（rpm的含义是：转/分钟）。同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，扭力大；绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，扭力小。

梯形波/方波驱动：
六步换向产生的是梯形波，因为磁场的分布是一个梯形波，而感生电动势E=BLVsin（theta）；则电动势的波形和磁场分布相关。

参考贴：http://bbs.dji.com/thread-74728-1-1.html

BLDC和PMSM：
BLDC：无刷直流电机（Brushless Direct Current）
PMSM：永磁同步电动机（Permanent-Magnet Synchronous Motor）
二者结构上直接观察无明显区别，想要区分，主要看感应电动势。
从控制上由明显区别，PMSM感应电动势波形为正弦波，BLDC感应电动势波形为梯形波。而造成感应电动势的不同的的原因是磁钢磁场的分别和线圈缠绕的方式不同。因为感生电动势E=BLVsin（theta）。

BLDC一般用六步换向，FOC都可以，而PMSM一般用FOC，很少用六步换向。但在高速条件下，会使用六步换向，因为高速条件下，电机换向很快，有的CPU无法支持计算量。（这句话还要消化一下，先写者，怕忘了）