电动机是把电能转化为机械能的机电器械。基本上，每个电机工作基于相同的工作原理。作为输入的电能由于载流线圈与磁场的相互作用而产生转矩。在转换过程中，导体内部的电磁场是一个交变量。对于直流电动机，电源是直流型的，但电动势应该是交流型。这个操作是由换向器和电刷完成的。换向器是放置在转子段上的机械部件，用于换向。这个换向器连同电刷在换向器表面产生磨损。此外，这种机械换向器产生大量的损耗。由于电刷和换向器都是良导体，它们会产生铜损耗。换向器表面的磨损由于电流分布不均匀而产生火花。火花产生热量，这是一个主要的缺点。上述缺点主要是由于换向器和电刷的换向过程的存在。因此，传统直流电动机的缺点可以通过去除电刷来克服。这催使无刷电机的实现，称为无刷直流电机(BLDC)。无刷直流电机的电换向是由电子开关实现的。由于采用电子开关进行换向，消除了传统直流电机的缺点，从而提高了系统的性能。虽然传统的直流电机显示出非常好的速度扭矩特性，可以用于伺服应用。直流电动机具有非常好的速度控制，特别是无刷直流电机与传统直流电动机相比具有许多优点，如高效率，可靠性，低噪音，良好的动态响应，更轻，改善的速度转矩特性，更高的速度范围，并且需要更少的维护。

给定的电源类型决定了电动机是交流电动机还是直流电动机。无刷直流电动机是一种结构变化小的交流同步电动机。同步电机由定子绕组和转子绕组组成，无刷直流电机有定子绕组，但转子由永磁体组成，转子上没有绕组。无刷直流电机与交流同步电机不同，前者集成了霍尔传感器来感知转子位置。

在监测反电动势信号的帮助下，无刷直流的无传感器操作也是可能的。反电动势与转子的速度成正比。

本文将讨论一种恒速和变速的电流控制无刷直流驱动器。首先讨论无刷直流电动机无速度控制的基本工作原理，然后讨论了无刷直流电动机无速度控制的基本工作原理。利用Matlab/Simulink进行了仿真工作，并对每个案例的仿真结果进行了详细的讨论。

II.交流电源给无刷直流电机提供电源

无刷直流电机需要直流电源，但通常可用的电源是交流型的。为了给无刷直流供电，这个可用的交流电源将被整流，然后馈送到无刷直流电机，该电机通过电子方式换向。无刷直流电机类似于交流同步电机。定子由产生磁通的绕组组成，而转子上没有任何绕组，而是在转子上有永磁体。转子的转动取决于定子极和转子极的吸引或排斥。转子由一个或多个极组成。当定子绕组的一对极被激励时，就会吸引离它最近的转子的对极。通过连续切换定子的两极吸引或排斥最近的两极，因此转子连续旋转产生转矩。

一般可用的电源是交流电，但无刷直流电机所需的电源应是直流电。因此，当有交流电源时，应将交流电源整流送至无刷直流电机。这种整流是由一个简单的二极管桥式整流器完成的。通过适当地开关逆变器开关，可以控制定子绕组中的电流。转子位置由霍尔传感器检测。这是无电流控制的开环型无刷直流电机。为了保证无刷直流电机的正常驱动，电机的转速不进行反馈。但开环控制结构简单，成本低。

III.无刷直流驱动器的闭环控制

无转速控制的无刷直流电动机已在前一节中讨论过。无刷直流电动机驱动需要速度控制，以平稳控制驱动器，使电机以可变速度运行。这确保了驱动器可以在任何所需的速度下运行。开环控制时，转速设为参考值，当闭环运行时这个参考速度可以在任何时刻被改变。在闭环调速驱动中，电机的实际转速被反馈到输入端。通过使用适当的控制系统，这个速度可以改变并达到所需的速度。实际速度被反馈到输入，产生误差信号。这是反馈到PI控制器的信号，以适当的比例和积分增益来控制速度。该PI控制器消除了当前误差和之前产生的误差。转速通过PI控制器产生参考转矩值。用参考转矩和实际转矩所产生的误差信号产生参考电流。该参考电流与实际定子电流将产生的误差信号反馈到电流控制器。电流控制器产生栅极脉冲到电压源逆变器。通过适当的开关操作，从而控制无刷直流电机的定子电流。闭环速度控制提供了一个非常平稳的速度控制，可以运行在任何期望的速度。采用电流控制方法进行速度控制的效果很好。

IV.仿真结果

我们将讨论无电流控制的无刷直流电动机、带闭环控制恒速运行的无刷直流电动机和带闭环控制变速运行的无刷直流电动机Matlab模型及仿真结果。所讨论的模型没有电流控制。在电机输出端可以观察到梯形反电动势。从转矩波形中可以观察到转矩中波动较为明显。

所讨论的模型是带电流控制的，采用闭环控制的无刷直流电机定子电流和反电动势仿真结果。从速度波形可以观察到0.35秒和0.65秒时的速度变化。参考速度波用绿色表示，蓝色表示电机的实际速度。从转速特性可以观察到转速在不同时刻的变化，但仍保持恒定的转矩。表1给出了转矩脉动内容，无电流控制的无刷直流驱动比闭环电流控制的无刷直流驱动包含更多的转矩脉动。

直流电动机具有很好的速度-转矩特性。直流电机在许多工业驱动器中都非常适用。传统直流电机的换向是通过电刷和换向器等机械部件实现的。电刷的存在会导致换向火花，损耗，降低效率。直流电动机是在没有电刷和机械换向器的情况下实现的，称为无刷直流电机(BLDC)。无刷直流电机消除了传统直流电动机由于没有电刷而造成的所有缺点，并且可以提供更好的性能特性，具有平滑的速度和转矩特性。无刷直流电机采用电子换向器进行换向。采用半导体器件开关的变换器将机器内部的直流电动势转换为交流电动势。本文讨论了无刷直流的操作方法和原理图，介绍了无刷直流电机无电流控制开环控制的工作原理。对无刷直流电动机的电流闭环运行进行了说明。对具有电流控制的闭环无刷直流电机进行了恒速和变速仿真，讨论了其转速、转矩、反电动势和定子电流的特性。利用Matlab/Simulink对所得结果进行了仿真。结果验证了无刷直流电动机可以在恒定转速和可变转速下闭环运行。