BLDC基础概念之机械角和电角度

1. 机械角和电角度的定义

机械角：机械角就是空间几何角度，用圆规能够测量到的。因为电机是圆形的，所以它的范围是0-360度。

电角度：从定子来看，定子电流变化一个完整的周期定义为电角度的0-360度，称为一个电周期。一个电周期可以在空间360度完成也可以在空间180度或者90度或者60度完成,这和电动机(发电机也是这样）绕组布置成几对磁级有关。
从转子来看, 转子上分布有N对磁钢，电角度以一对磁钢为基准，形成电磁场的绕组经过一对磁钢的N极、S极、再回到另一对磁钢的N极时，完成从N、S、再到 N极一对磁钢的跨越，这就是电角度的一周。从N极只到 S极，则转子只运行了180°。一台电动机的转子转动一圈有多少电角度，视磁钢对数而定，只有一对磁钢的，电角度和自然角度一致，有两对磁钢的，为2X360°，5对磁钢的，为5X360°，依此类推。

1. 电角度的校准

   2.1. 电机转动的基本原理
   BLDC的转子是永久磁体，定子是通电线圈，根据高中学到的安培定理，定子就是一个电磁铁。磁铁之间相互吸引或排斥就是电机能够转动的原因。BLDC的控制实质就是控制定子线圈产生旋转的磁场拖着转子转动。

   2.2.为什么要校准电角度呢?
   假定定子磁场大小为p，转子磁场大小为q，那么电机的出力F正比于p和q的叉乘p.q = |p||q|cosδ，由此可知δ = +/-90度时，电机的出力达到最大值。由此可知，电角度校准的目的是为了获得最大的力矩转换效率。

   2.3 电角度校准的步骤
   1). 定子磁场0度定位: 控制定子磁场到+/-90度方向, 由于磁场的相互作用，转子磁场也会被拖动到和定子磁场同样的方向。并此时记录编码器的读数cnt0。此位置就是控制电机转动时的定子磁场0度的位置。
   2).控制电机转动:用当前编码器的实时读数cnt减去定子磁场0度编码器的读数cnt0作为定子磁场的角度。这样的定子磁场和转子磁场始终正交，就能获得最大的控制力矩。

2. BLDC的控制
   3.1.BLDC控制基础概念
   BLDC的控制就是要产生旋转的定子磁场拖动转子转动。那么，产生旋转的磁场就要产生旋转的电压。这就是传说中的FOC(磁场定向控制)。给定一个电压大小和方向，通过一系列的计算(FOC算法)在定子线圈上产生同样方向的磁场。
   3.2.BLDC控制的硬件原理
   
   通过控制三对MOS管的开断，输出电压。旋转的电压不就是正弦电压信号吗? MOS管的开断如何能产生正弦信号电压?答案是电压的平均值等效原理, PWM输出的占用比越大，电压越大；占空比越小，电压越小.。这就是逆变（直流信号变交流信号）。