电机控制中MCU的选择应该如何考虑？

大家好，今天我们来聊一聊电机控制中的MCU选型如何考虑？不同应用对器件的要求有很大的区别。目前市场上的控制器/驱动器解决方案各有千秋，包括了针对特定简单应用的标准控制器/驱动器、以及采用外部缓冲栅极驱动器和功率级的MCU、DSP和FPGA。

图一：产品中的MCU示意图

MCU是目前市场主流的电机控制方案，适用于高、中、低端电机控制。通过内部集成的电机控制模块，可简化客户对于电机控制的开发；而相对于DSP较强的控制功能，能更好地实现电机的伺服控制和保护功能。此外在32位处理器，通过提高运算处理速度，也可以很好地实现空间矢量、磁场定位和PD闭环调节的复杂控制。

图二：伺服控制系统示意图

对于小型BLDC冷却风扇等简单的低功耗电机控制应用来说，专用标准电机控制IC可以实现低成本。但对要求苛刻的应用来说，就更适合使用DSP、MCU和FPGA，因为可以增加其他系统管理功能，例如监测电机参数和状态，以及与主机系统的通信等。

 目前，8位MCU主要用于低成本，低性能场合，16位、32位DSP/MCU则用于中/高性能场合。其中DSC的性价比是比较高的。

 关于电机控制方案，DSP、MCU和FPGA各有其优特点。DSP因为数据处理能力强、运算速度快，适用于高端复杂的电机系统控制，如实现交流感应电机的空间矢量控制算法、无传感器的空间定位等，但它依赖于软件算法的成熟度和稳定性，对开发者的要求比较高。此外因为内核电压及接口电平主要是3.3V或者1.8V，对电机驱动器需要相关电平的驱动电路支持。

单片机带DSP的功能一般运用于比较高端的，速度要求比较快的应用。Microchip的16位单片机带有DSP功能，支持定点小数格式数学运算，可以很方便的实现小数乘法。 FPGA有自己的特点，它很灵活，但入门门槛高，单价高。一般用于量不大的领域。

通过上面的介绍，大家应该对MCU、DSP、FPGA各自的特点以及适合的应用场合都有了一些了解了，那么今天主要想跟大家分享在我们电机控制项目中对MCU的选取需要考虑那么东西？

那么我们拿到一个项目，客户会给我们一个项目需求，这个项目需求中会包括整个项目要实现的功能，以及完成这个功能要达到的技术指标，那么选型MCU就需要根据功能及其技术指标来考虑。

对于一个电机控制系统来说，其实有一些MCU的外设模块是必须用到的，例如IO模块、ADC模块、PWM模块、通讯模块、定时器模块、输入捕捉模块。

图三：MCU外设模块示意图

IO模块用于一个简单的输入输出功能的实现，可以用于按键及LED灯的控制。

ADC模块用于模拟量的采集，可以用于旋钮调速、电压采集、电流采集、温度采集等等，在有的电机控制算法中，对模拟量的采集要求并不是很高，所以ADC模块的速率要求就比较低，但是在FOC算法控制中，需要对相电流进行采集，整个算法都是围绕着电流进行的，所以对ADC模块的速率就会有要求了，需要高速ADC，这样才能获取准确的采样位置的电流结果，算法的计算精度就会更加准确。

PWM模块用于输出PWM波驱动逆变桥，从而驱动电机，对PWM模块的要求是要分辨率足够高，如果要驱动三相电机的话，那么就需要至少产生三路PWM信号，如果要做正弦波控制的话，还需要PWM模块能够产生互补PWM信号及死区设定。一般的电机控制系统中，都会对系统进行保护，所以最好PWM模块提供故障输入功能，用于在发生故障时能够及时关断PWM输出，达到保护系统的目的。

通讯模块用于单片机跟外部进行信息传输，比如串口通讯模块，可以支持上位机跟单片机之间的通讯，像串口程序升级、串口调参等等。在有的系统中，485、CAN通讯也会被使用，其目的还是用于单片机跟外界进行数据传输。不同的通讯方式适用场合也不同，有的需要高速数据传输，因此SPI、USB等通讯方式就需要被使用，而有的只是作为一个指令控制，不需要很高的通讯速率，一般普通的串口通讯就可以实现。

定时器模块用于一些定时任务，如需要一段时间执行什么任务，就可以用定时器模块来控制时间，有的单片机定时器模块跟PWM模块是集成在一起的，所以也有PWM波生成的功能，比如STM32单片机就是这样的。

输入捕捉模块用于捕捉外部的数字信号，比如需要测量电机的速度，可以利用输入捕捉模块对霍尔信号进行捕捉，也或者对一个PWM信号进行捕捉，可以得到PWM信号的周期和占空比，这个PWM信号作为电机系统的调速信号使用。

图四：无传感器电机控制MCU资源使用情况示意图

所以，这些模块的选用需要根据项目功能选取，只有项目需求明确了，才能很好的选择需要使用的外设模块。因此，外设模块是MCU选型的一个重要参考。

在MCU选型的时候，还需要考虑CPU的主频，如果主频低了，那么指令执行的时间相对于主频高的单片机就会更长，就无法满足算法的执行时间需求，即使能够实现算法，可能电机执行的效率等方面都不是最佳的状态，因此CPU主频的选取也需要根据项目要求及功能权衡。

最后，价格是大多数项目中MCU选型需要考虑的因素，有的项目，整个项目成本需求就几十块钱，那么如果选用很高档的单片机，势必造成产品价格的偏高，最终导致项目不赚钱甚至亏本，所以，在满足项目需求的功能前提下，单片机的价格越低越好，这样才能做出性价比高的产品，为公司节省更多的成本，赚更多的钱。

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如何用Simulink仿真BLDC反电动势波形

大家好，今天这篇文章跟大家分享如何使用MATLAB中的Simulink来仿真观察直流无刷电机的反电动势波形。

在正式仿真之前，我们先大致了解下BLDC和PMSM电机的反电动势形状区别，无刷直流 (BLDC) 电机其实也是永磁同步电机 (PMSM)中的一种，很多人对BLDC和PMSM的概念比较模糊，因为BLDC电机采用集中式定子绕组，所以会产生梯形波反电动势。而PMSM电机采用分布式定子绕组，产生的是正弦反电动势。所以，它们之间的主要区别在于反电动势的形状。

 那么，在实际的反电动势波形测量中，我们是怎么做的呢？正确的做法是将电机的三相线断开，然后我们对电机施加一定的外力让电机旋转，那么由于转子永磁体转动，就会在定子绕组上产生感应电动势，此时我们测量三相电机的任意一相电压，就是反电动势的波形。

所以我们要仿真观察反电动势波形，同样可以得出以下思路：

1.选定BLDC电机仿真模型；

2.保持BLDC电机三相开路；

3.施加外力让电机旋转；

4.测量反电动势波形。

接下来我们根据这4个思路，一起在Simulink环境中搭建一下仿真模型。Simulink环境如下图一所示：

图一：Simulink环境图示

我们搭建模型就是从模型库中找到相应的模块，然后拖动到仿真文件中，按照仿真框图对各个模块进行连接。首先我们从模型库中找到BLDC电机模块，具体位置如下图二所示：

图二：BLDC模块路径示意图

我们将上图二所示的BLDC电机模型拖动到仿真文件中，如下图三所示：

图三：BLDC模块放置于仿真文件中

我们使用这个BLDC模块就可以来仿真查看反电动势波形，BLDC模块的左边两个端口用于电气连接，右边的两个端口用于机械连接，电气连接就是电机的三相引线及中心点，在电机控制时，就会按照一定规律给电机的三相引线施加电压，从而驱动电机旋转。而机械连接在实际应用中就是电机轴上安装负载，比如风扇、齿轮等等，那么在我们仿真中，需要人为施加一个力让电机旋转，施加的力就通过上图三中的R端给定，而C端是机械参考点，在实际仿真中，会选择一个机械参考点进行连接。

从上面的模块我们可以看出，电机的引线不是三相，这里模块默认是将三相复合起来的，我们需要将复合端口扩展为三相端口，具体做法如下图四所示（在模块上右键，根据①②③三个步骤操作）：

图四：BLDC模块放置于仿真文件中

修改为扩展端口电机模块如下图五所示：

图五：修改之后的BLDC电机模块

对于电气连接端，我们需要让a b c三个端口开路，但是在仿真环境中，端口不能悬空，所以需要接一个开路模块，开路模块的路径如下图六所示：

图六：开路模块路径

将开路模块拖到仿真文件中，因为三个端口都需要开路连接，所以我们可以拖动三个开路模块到仿真文件中，并按照要求连接，连接好之后，如下图七所示：

图七：开路模块与BLDC电机连接示意图

然后，电气连接端的n是中心点，这里我们选用一个电气参考模块进行连接，电气模块的路径跟开路模块一致，如下图八所示：

图八：电气参考模块路径示意图

同样我们把这个模块拖到仿真文件中，然后跟电机模块的端口n进行连接，连接好之后示意图如下图九所示：

图九：电气参考模块跟电机模块连接示意图

这样我们就完成了电气端口的连接，接下来我们来看下机械端口的连接，首先端口C是机械参考端口，所以我们需要找到一个机械参考模块，具体的路径如下图十所示：

图十：机械参考模块路径示意图

同样我们需要将这个机械参考模块拖动到仿真文件中，并跟电机模块进行连接，如下图十一所示：

图十一：机械参考模块与电机模块连接示意图

然后R端需要给一个力让电机轴进行旋转，那么我们可以选用一个理想的角速度源模块（扭矩源模块），这个模块可以让电机转子沿我们指定的角轨迹运动，理想的角速度源模块路径如下图十二所示：

图十二：理想角速度源模块路径

将该模块拖动到仿真文件中，并根电机模块进行连接，如下图十三所示：

图十三：理想角速度源模块与电机模块连接示意图

理想角速度模块的另外两个端口也需要进行连接，C端同样接机械参考模块，而S端是角速度轨迹给定，我们可以给定一个常量，但是该模块是一个机械模块，所以跟它的连接需要通过一个Simulink信号跟机械信号的转换模块实现，这样才能将一个常量作为机械信号给定。因此我们就需要找到信号转换模块及常量模块，Simulink信号跟物理信号转换模块如下图十四所示，常量模块路径如下图十五所示：

图十四：Simulink信号跟物理信号转换模块路径

图十五：常量模块路径示意图

这样，我们将两个模块拖动到仿真文件中，进行连接，如下图十六所示：

图十六：常量模块与理想角度源模块连接示意图

那么为了让电机模块的电机以一定的速度进行旋转，所以这里用了一个常量模块，这个常量模块的值我们可以设定为2*pi，如何修改常量模块的值呢？可以双击该模块，直接修改，参数修改如下图十七所示：

图十七：常量模块值修改

修改之后，模块变为下图十八所示：

图十八：常量模块值修改后的模型

到目前为止，基本模型就搭建完毕了，因为是仿真，我们需求对这个模型求解，因此都会对模型施加一个求解器，求解器的路径跟Simulink信号转为物理信号模块路径一致，我们找到该模块，如下图十九所示：

图十九：求解器模块路径示意图

将该求解器模块拖动到仿真文件中，并进行相应的连接，如下图二十所示：

图二十：求解器模块连接示意图

求解器模块需要进行相应的设置，要设置为本地求解器，并设置相应的仿真时间，具体的设置参数如下图二十一所示：

图二十一：求解器模块参数设置示意图

到目前为止，整个仿真模型就全部搭建好了，当然，电机模块的参数大家可以根据实际的电机手册进行设定，该仿真模型的电机模块参数设置如下图二十二所示：

图二十二：电机模块参数设置

最后，我们要观察反电动势的波形，所以需要电压测量模块、示波器，而示波器是Simulink模块，电压测量模块的输出是物理信号，所以需要将物理信号转换为Simulink信号的模块。电压测量模块的路径如下图二十三所示：

图二十三：电压测量模块路径示意图

物理信号转换为Simulink信号的模块路径如下图二十四所示：

图二十四：物理信号转Simulink模块路径示意图

示波器路径如下图二十五所示：

图二十五：示波器模块路径示意图

这样我们把需要的三个模块都加入到仿真文件中，并进行相应的连接，可以得到完整的模型：

图二十六：最终仿真模型

接下来我们需要运行仿真，这里把仿真时间设置为1，那么点击仿真按钮，最终可以得到下面所示的反电动势波形：

图二十七：仿真设置示意图

图二十八：最终仿真反电动势波形

好了，那么到目前为止，我们已经成功通过仿真能够查看到反电动势的波形了，大家可以以这篇文章做个参考，自己搭建模型实现一遍，那么本篇文章就给大家讲这么多，更多电机驱动相关的知识，可以持续关注本公众号，谢谢大家！

电机控制中矢量图的作用

一、前言

在电机驱动开发过程中，我们有的时候需要知道相电压与线电压之间的关系，也可能会需要知道相反电动势与线反电动势之间的关系等，那么为了能够直观的分析出这些矢量的关系（包括幅值关系、相位关系），我们就可以借助矢量图这个工具了。

利用矢量图，我们可以很容易根据矢量合成及矢量分解的法则来得出要分析的矢量之间的关系，就可以用几何加数学的方式找出合成矢量所处的位置或者合成矢量被分解之后的位置。我们甚至通过矢量图的关系分析之后，再根据反电动势跟转子位置的关系可以得出转子的位置。因此我们了解矢量图及其相关的法则就很有必要了。如下图一所示为三相坐标系的坐标图示意图：

图一：三相坐标系坐标示意图

二、矢量概念介绍

想要学会分析矢量图，我们需要有一些基础知识的铺垫，这里我们有必要简单介绍一下矢量的概念。矢量这个概念其实最早可以追溯到我们中学课堂里学过的向量，我们都知道，向量是一个既有大小又有方向的量，向量的运算不在遵循一般的四则运算法则，而是有专门的运算方式，下图二所示为我们中学向量的表示方式：

图二：向量的表示示意图

而矢量这个概念其实到大学课本才接触到，它的定义是，有的物理量，既要有数值大小，又要有方向才能确定完全确定。这些量不遵循一般的代数法则，而遵循特殊的运算法则。这样的量被称为物理矢量。其实向量这个概念在数学课本用得比较多，在物理课程中就有了另一个名字“矢量”。只不过在物理学中，会有很多物理量如力，它有大小和方向，电压，也有大小和方向，用来表示物理量的大小和方向就被称为了矢量，而数学只是研究某个有方向和大小的量的运算及表示形式，因此就把它称为了向量。所以，对于我们工程师来说，可以理解它们就是一个东西。

三、矢量的运算法则

矢量之间的运算要遵循特殊的法则。矢量的加法可以一般可以使用平行四边形法则，当然也可以推广到三角形法则或者正交分解法。矢量减法是矢量加法的逆运算，一个矢量减去另一个矢量，等于加上那个矢量的负矢量。

矢量也可以进行乘法运算，矢量和标量的乘积仍为矢量，矢量和矢量相乘，可以得到一个新的标量（只有大小，没有方向的量），这样得到的结果是标积；两个矢量相乘也可以得到一个新的矢量，把这样的乘法称为矢积。其实就对应着中学课本中学习的向量的内积和外积。

图三：矢量加法的平行四边形法则示意图

图四：矢量减法法则示意图

图五：矢量的正交分解法示意图

在电机控制中，基本上以上三种方式使用得比较多，其实在遇到减法得场合，都是转换为加法进行合成。

四、反电动势矢量合成

在电机控制系统中，我们可以基于定子三相绕组建立三相基本坐标系，在这个坐标系中可以进行矢量合成与分解的分析，从而可以知道反电动势之间的关系。

图六：反电动势矢量合成示意图

如上图六所示，我们知道了Ea及-Eb相反电动势的大小及方向，利用平行四边形的法则可以得出线反电动势的的大小及方向。在上图坐标系中，我们假设顺时针旋转为角度超前，从上图中可以得出先线电动势Eab超前相反电动势-Eb 30度，相反电动势Ea超前线反电动势Eab 30度。还可以根据三角形的关系将合成得到的线反电动势跟相反电动势的幅值关系求出来。

在SPWM及SVPWM算法中，我们就需要知道相电压跟线电压的关系，从而推导出两种算法的电压利用率问题，所以我们了解矢量图的合成与分解原理，就可以很方便的知道矢量的关系，也可以很好的分析出电压利用率的问题。下图七给大家展示了一幅完整的全坐标系内的反电动势合成矢量图：

图七：全坐标系内反电动势合成示意图

有了这幅图，大家可以很好的分析出各种情况下的相反电动势和线反电动势之间的关系。当我们需要推导三相电机六步换相的绕组通电顺序的时候，就可以根据霍尔信号与线反电动势之间的关系，推导出霍尔信号跟相反电动势的关系，从而确定出正确的通电顺序。

五、总结

通过这篇文章，只想跟大家分享矢量图在我们电机控制中的作用，文章中简单的列举了个别合成示意图，只是希望大家能够掌握这种方法，后期自己在电机控制开发过程中能够举一反三，利用好矢量图这个工具去分析自己遇到的情况，能够快速的得出矢量之间的关系，有助与项目开发的进度。

直流无刷电机SPWM正弦波控制原理

一、前言

随着控制技术的发展以及社会对节能要求的提高，直流无刷电机作为一种新型、高效率的电机被得到了广泛的应用。传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现， 同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。针对这些应用，采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。

二、直流无刷电机的正弦波控制简介

直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比， 电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。

根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为：简易正弦波控制与复杂正弦波控制。

简易正弦波控制：

对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为正弦波。通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值， 为电压环控制，实现较为简单。

复杂正弦波控制：

与简易正弦波控制不同，复杂的正弦控制目标为电机相电流，建立电流环，通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。由于电机相电流为正弦信号，因此需要进行电流的解耦操作，较为复杂，常见的为磁场定向控制（FOC）及直接转矩控制（DTC）等。

本文将主要介绍简易正弦波控制的原理及其实现。

三、简易正弦波控制原理

简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。常见的生成方式为：正弦PWM以及空间矢量 PWM。由于正弦 PWM 原理简单且便于实现，因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。图1为 BLDC 控制结构图，其中Ux、Uy、Uz 为桥臂电压，Ua、Ub、Uc 为电机绕组的相电压，以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。

图1：直流无刷电机控制框图

（1）三相正弦调制 PWM

三相 SPWM 为最常见的正弦 PWM 生成方式，即对电机三个端线施加相位相差 120 度的正弦电压信号，由于中性点为 0，因此电机相电压也为正弦，且相位与施加的正弦电压相同。如图2所示。

图2：三相调制 SPWM 端线电压

（2）开关损耗最小正弦 PWM

与常见的SPWM 不同，采用开关损耗最小正弦PWM 时，施加在电机端线上电压Ua、Ub、Uc 并非正弦波电压，此时电机中心点电压并非为 0，但是电机相电压仍然为正弦。因此此类控制方式为线电压控制。见图3：

图3：开关损耗最小正弦 PWM 端线电压

其中Ux、Uy、Uz 为电机端线电压，Ua、Ub、Uc 为电机相电压，可见相电压相位差为 120

度。Ux、Uy、Uz 与 Ua、Ub、Uc 的关系如下：

合并后，Ux，Uy，Uz 如下：

可见采用开关损耗最小正弦PWM 时，Ux，Uy，Uz 相位差 120 度，且为分段函数形式， 并非正弦电压，而电机相电压 Ua、Ub、Uc 仍然为正弦电压。且在 120 度区内端线电压为 0， 即对应的开关管常开或常关。因此与三相正弦 PWM 相比，开关损耗减少 1/3。

通过控制Ux，Uy，Uz 的相位以及幅值即可以控制 Ux，Uy，Uz，实现控制电流的目的。

四、总结

本篇文章给大家分享了直流无刷电机简易正弦波控制原理，它是实现正弦控制的基础，先把基础理论知识掌握之后，后面再具体实践就会更加得心应手了。

我们需要知道的自控式永磁同步电机的那些事

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家讲解自控式永磁同步电机的那些事。

一、概述

自控式永磁同步电动机是由永磁同步电机、变频器和转子位置传感器组成的机电一体化系统，如下图一所示。

图一：自控式永磁同步电机的构成

一般来说，市场上存在多种型式的变频器，例如，交直交电流型、交直交电压型、交交电流型和交交电压型。永磁同步电机与不同类型的变频器结合可以组成不同类型的自控式永磁同步电机，本文的讨论对象是用于精密伺服控制系统的交直交电压型自控式永磁同步电机。

二、自控式永磁同步电机的基本工作原理

下图二、图三是交直交电压型自控式永磁同步电机的结构示意图，其中图二是由单相交流电源供电的自控式永磁同步电机，图三是由三相交流电源供电的自控式永磁同步电机，它们的主电路由整流器、滤波电容器和逆变器组成。

通常，整流器采用单相不控整流器或三相不控整流器，整流桥把单相或三相 50Hz 的交流电压转换成恒定的直流电压，整流桥的直流电压输出经电容平滑滤波后被送至逆变器。逆变桥是由六个 180°导通的功率开关器件M1、M2、M3、M4、M5和 M6组成的电压型三相半桥逆变电路，逆变器通常采用正弦脉宽调制（SPWM）或空间矢量脉宽调制（SVPWM），其输出为对称的三相脉宽调制电压。逆变器的输出电压被施加到自控式永磁同步电机的定子三相电枢绕组上，使电机正常运行。

图二：单相交流电源供电的自控式永磁同步电机示意图

图三：三相交流电源供电的自控式永磁同步电机示意图

在一般的三相同步电机中，当U、V和W三相电枢绕组同时接上三相对称的频率为f 的正弦电压 Uu、Uv和Uw时，三相电枢绕组内便流过三相对称的频率为f 的正弦电流Iu、Iv和Iw，各相电流在各自的绕组轴线上产生随时间按正弦规律变化的磁动势 Fu、Fv和Fw，三个磁动势在空间叠加便产生合成的电枢磁动势 Fa。合成的电枢磁动势 Fa的幅值是不随时间而变化的恒定值，但在空间以ω=2Πf 角速度连续旋转。如果规定电流流入绕组的方向为正（十）方向，流出绕组的方向为负（—）方向，则在电机运行的任意时刻，对U、V和W三个绕组中电流而言，有时是二进一出，有时是一进二出，例如，电流从U相绕组和W 相绕组流入，而从 V相绕组流出;或电流从 U相绕组流入，而从 V相绕组和 W相绕组流出。我们把电枢电流 Iu、Iv和Iw按一定规律在电枢绕组中的流向称之为"流向状态"，把电枢磁动势 Fu、Fv和Fw按一定规律在空间的取向称之为"取向状态"。在三相同步电动机运行的一个周期中，电枢绕组内的电流有六个不同的"流向状态";相应地，Fu、Fv和Fw三个磁动势在空间也有六个不同的"取向状态"，每一个状态持续 60°电角度，如图四所示。在同步电动机中，每一个电流的"流向状态"和磁动势的"取向状态"对应一个"磁状态"，每一个"流向状态"内，合成的电枢磁动势F转过 60°电角度;六个相互衔接的"流向状态"之间是连续的变化，而不是跳跃式的变化。

图四：一般三相同步电机的运行状态

在自控式永磁同步电机（PMSM）中，我们采用恰当的正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制 （SVPWM）的逆变器就能满足上述一般三相同步电机的运行条件。在自控式永磁同步电机中，逆变器输出的三相脉宽调制电压同时接通自控式永磁同步电机的定子三相电枢绕组，电机的三相电枢绕组在对称的三相脉宽调制电压的作用之下，流过三相对称的接近正弦的连续电流，并在定子内腔产生连续旋转的电枢磁场，牵动转子磁场一起同步旋转，具体运行过程如表一所列。这表明，在自控式永磁同步电机中，同样存在着相互衔接的连续变化的六个"流向状态";不同点在于逆变器输出的三相脉宽调制电压的基波频率不是固定不变，也不是独立变化的; 而是受制于电机的转速，任何瞬间三相电枢绕组的通电状态都由永磁转子的位置来决定，即跟随着电机转速的变化而同步变化，并能确保电枢磁场和转子磁场之间有接近 90°电角度的夹角。因此，自控式永磁同步电机有时也被称为自同步式永磁同步电机。

表一：自控式永磁同步电机的运行状态

三、永磁同步电机与无刷直流电机比较

自控式永磁同步电机（PMSM）与无刷直流电机（BLDCM）相比较，在定转子结构上没有多大差异，它们的主要区别在于，无刷直流电机通常采用120°导通型的逆变器，电动机的供电电压为直流矩形波，在一般情况下，定子三相电枢绕组为一相一相或二相二相轮流接（导）通，并在一相或二相电枢绕组内流过接近矩形波的断续电流，从而在气隙内形成跳跃式的旋转磁场，以这种方式运行的电机被称之为无刷直流电机（BLDCM），它是在有刷直流电机的基础上演变发展而来的，承接了有刷直流电机的设计理念;而自控式永磁同步电机通常采用 180°导通型的逆变器，电机的供电电压为三相正弦脉宽调制波形，定子三相电枢绕组被同时接（导）通，并流过三相对称的接近正弦的连续电流，从而在气隙内形成连续的圆形旋转磁场，以这种方式运行的电动机被称之为自控式永磁同步电机（PMSM），它是在一般同步电机的基础上演变发展而来的，承接了同步电机的设计理念。

从理论上讲，上述两类电机的转子磁极既可以被设计成能够在工作气隙内产生接近梯形波的磁场，又可以被设计成能够在工作气隙内产生接近正弦波的磁场。为了使上述两类电机能够实现输出转矩容量和运行效率最大化，以及力矩脉动最小化，对于无刷直流电机（BLDCM）而言，希望其转子永磁体磁极能够在气隙内产生接近梯形波的磁场，并在电枢绕组内感生出接近梯形波的的反电动势;对于自控式永磁同步电机（PMSM）而言，希望其转子永磁体磁极能够在气隙内产生接近正弦波的磁场，并在电枢绕组内感生出接近正弦波的的反电动势。

四、总结

本文给大家介绍了自控式永磁同步电机的结构组成及其基本工作原理，分析了单相永磁同步电机及三相永磁同步电机的控制示意图，驱动永磁同步电机的逆变器通常采用正弦脉宽调制（SPWM）或空间矢量脉宽调制（SVPWM），其输出为对称的三相脉宽调制电压。然后分析了永磁同步电机的运行过程，并总结出了一个运行状态表供大家参考。最后，对比了永磁同步电机及无刷直流电机，为了使这两类电机能够实现输出转矩容量和运行效率最大化，以及力矩脉动最小化，对于无刷直流电机（BLDCM）而言，希望其转子永磁体磁极能够在气隙内产生接近梯形波的磁场，并在电枢绕组内感生出接近梯形波的的反电动势;对于自控式永磁同步电机（PMSM）而言，希望其转子永磁体磁极能够在气隙内产生接近正弦波的磁场，并在电枢绕组内感生出接近正弦波的的反电动势。本篇文章就分享到这里，感谢观看！