无刷直流电机优点和缺点，解析什么是无刷直流电机（BLDC)

很多朋友对无刷直流电机优点和缺点，解析什么是无刷直流电机（BLDC)不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

无刷DC电机(BLDC)克服了有刷DC电机的固有缺陷，用电子换向器代替了机械换向器，所以BLDC电机既有DC电机调速性能好的特点，又有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠、易于维护的优点。无刷DC电机的本质是一台DC功率输入的三相交流永磁同步电机，利用电子逆变器将DC转换成交流电，并进行转子位置反馈。

与一般的传统DC电机相比，它在性能上有很大的优势，是当今最理想的调速电机。

一、无刷DC电机介绍在介绍无刷DC电机之前，我们先来了解一下无刷DC电机：DC电机以其良好的起动性能、调速性能等优点而闻名于世。其中，属于DC电机范畴的无刷DC电机采用机械换向器，使得驱动方式简单。其模型示意图如下图所示。DC电机(有刷电机)DC电机模型运行示意图

电机主要由永磁体制成的定子、缠绕有线圈绕组的转子(电枢)、换向器和电刷组成。只要在电刷A和B两端施加一定的DC电流，电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，使DC电机的转子继续运转。DC电机有以下缺点：结构相对复杂，增加了制造成本；易受环境影响(如灰尘等。)，降低了工作的可靠性；换向时会产生火花，限制了应用范围；

容易损坏，增加维护成本。二、无刷DC电机介绍“BL”在BLDC电机中的意思是“无刷”，也就是DC电机(有刷电机)中的“刷”没了。无刷DC电机(BLDC)用电子换向器代替了机械换向器，所以BLDC电机既有DC电机调速性能好的特点，又有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠、维护方便的优点。图1:无刷DC电机的模型图；BLDC电机运行图。

无刷DC电机主要由永磁体制成的转子、带线圈绕组的定子和位置传感器(可选)组成。可以看出它和DC电机有很多共同点，定子和转子的结构相似(原来的定子变成了转子，转子变成了定子)，绕组的接线也基本相同。但两者在结构上有一个明显的区别：无刷DC电机没有DC电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。

这样电机的结构相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷DC电机不能自动换向(相)，代价是电机控制器成本的增加(如果同样是三相DC电机，有刷DC电机的驱动轴需要4个功率管，而无刷DC电机的驱动轴需要6个功率管)。

图1显示了一种低功率三相星形连接无刷DC电机，带有一对磁极，定子在内，转子在外。另一种无刷DC电机的结构与此正好相反，定子在外，转子在内，即定子是由线圈绕组组成的框架，转子由永磁材料制成。无刷DC电机有以下特点：无刷DC电机外特性好，低速时能输出大转矩，从而能提供大的起动转矩；

无刷DC电机调速范围宽，可在任何转速下满功率运行；无刷DC电机效率高，过载能力强，使其在牵引系统中具有优异的性能；无刷DC电机再生制动效果好，由于其转子采用永磁材料，制动时电机可进入发电机状态；无刷DC电机体积小，功率密度高；无刷DC电机无机械换向器，采用全封闭结构，可防止灰尘进入电机，可靠性高；

无刷DC电机的驱动控制比异步电机简单。三、无刷DC电机的工作原理无刷DC电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机施加固定的DC电流，电机只能产生恒定的磁场，电机不能旋转。只有实时检测电机转子的位置，然后根据转子的位置给电机施加相应的电流，定子才能产生方向一致的旋转磁场，电机才能随着磁场旋转。

如图2所示，是无刷DC电机的旋转原理示意图。为了描述方便，电机定子的线圈的中心抽头连接到电机电源，每相的端点连接到功率管。当位置传感器打开时，功率管的G极接12V，功率管打开，使相应的相线圈通电。

由于三个位置传感器随着转子的转动依次导通，相应的相线圈也依次导通，使得定子产生的磁场方向不断变化，电机转子也随之转动。这是无刷DC电机的基本旋转原理。——检测转子位置，依次接通相，使定子产生的磁场方向连续均匀变化。

图2:无刷DC电机旋转原理示意图。为了便于理解，本文以下内容用这两个符号作为模型介绍，其中电机的转子和定子在同一中心上，定子在不同的中心上，以便于解释电机的内部磁场。无刷DC电机结构示意图

电机的定子绕组多做成三相对称星形连接，与三相异步电机非常相似。一个磁化的永久磁铁附着在马达的转子上。为了检测电机转子的极性，在电机中安装了位置传感器。

驱动器由电力电子器件和集成电路等组成。其功能是：接收电机的启动、停止和制动信号，控制电机的启动、停止和制动；接收位置传感器信号和正反转信号，控制逆变桥各功率管的开关，产生连续转矩；接收速度指令和速度反馈信号，控制和调整速度；提供保护和展示等。

DC电机响应快，启动转矩大，可提供从零速到额定转速的额定转矩。但DC电机的优点也是它的缺点，因为电枢磁场和转子磁场必须保持90度才能在额定负载下产生恒转矩的性能，这取决于碳刷和换向器。电机转动时，碳刷和换向器会产生火花和碳粉，不仅会损坏元器件，还会限制使用场合。

交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。

此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。

四、无刷直流电机的驱动方法

无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式，它们各有特点。

1.按驱动波形：方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现电机无位置传感器控制；

2.正弦驱动：这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。同时，这种方法又有SPWM 和SVPWM(空间矢量PWM)两种方式，SVPWM的效果好于SPWM。

五、无刷直流电机应用领域

应用领域一，办公计算机外围设备、电子数码消费品领域。

这是无刷直流电机普及最广、数量最大的领域。比如在生活中常见的打印机、传真机、复印机、硬盘驱动器、软盘驱动器、电影摄影机、磁带记录仪等，在它们的主轴和附属运动的带动控制中，都有无刷直流电机的身影。

应用领域二，工业控制领域。

近些年，由于无刷直流电机大规模的研发和技术的逐渐成熟，其驱动系统在工业生产中的分布范围也随之扩大，已逐步成为工业用电动机的发展主流。围绕降低生产成本和提高运行效率而展开的研究与尝试已取得显著的效益，各大厂商也提供不同型号的电机以满足不同驱动系统的需求。

现阶段在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面，无刷直流电机都有涉猎。

应用领域三，医疗设备领域。

在国外，对无刷直流电机的使用已经较为普遍，可以用来驱动人工心脏中的小型血泵；在国内，手术用高速器具的高速离心机、热像仪和测温仪的红外激光调制器都使用了无刷直流电机。

应用领域四，汽车领域。

据分析在市面上，一般的家用轿车需要永磁电机20-30 个，而每辆豪华轿车则需要59个之多，除了核心发动机外，在雨刷器、电动车门、汽车空调、电动车窗等部位都有电机的身影。随着汽车工业向着节能环保的方向发展，所使用的电机也必须满足高效率、低能耗的标准。

而无刷直流电机的低噪声、寿命长、无火花干扰、方便集中控制等优点完全符合，随着其调速技术的日益成熟，性价比会越来越高，它在汽车电机驱动的各个环节中的应用会更加广泛。

应用领域五，家用电器领域。

“变频”技术已非常普遍，作为中国家电的标志逐渐占据了大部分的消费市场，“直流变频”受到生产厂商的青睐，已有逐渐替换掉“交流变频”的转变趋势。这种转变实质上就是家电所用的电动机由感应电动机向无刷直流电机及其控制器的过渡，以达到节能环保、低噪智能、舒适性高的要求。

无刷直流电机的发展方向与电力电子、传感器、控制理论等技术的发展方向相同，它是多种技术相结合的产物，它的发展取决于与之相关的每一种技术的革新与进步。

以上知识分享希望能够帮助到大家！