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由此可见，如果忽略换相过程的影响，当梯形波反电动势的平顶宽度大于等于120°电角度时，电机的转矩脉动为0。因此，无刷直流电动机在设计时，应尽量增大磁极的极弧系数，以获得足够宽的磁密分布波形，从而得到平顶部分较宽的反电动势波形。
同时，如果假定电流为平顶波，电机工作在两相导通星形三相六状态方式时，总的电磁转矩是每相电磁转矩的两倍。
如果假定气隙磁密在空间呈正弦分布，容易根据相量图得出此时合成电磁转矩是每相电磁转矩的3倍的结论。必须指出，这个结论对于无刷直流电动机来说并不准确，但可用于逆变器工作方式的定性分析。
2．三三导通方式
三三导通方式是在任一瞬间使三个开关管同时导通，各开关管导通顺序为：VT1、VT2、VT3?VT2、VT3、VT4?VT3、VT4、VT5?VT4、VT5、VT6?VT5、VT6、VT1?VT6、VT1、VT2，如图3.6所示。由此可见，三三导通方式也有六种导通状态，同时也是每隔60°改变一次导通状态，每改变一次工作状态换相一次，但是每个开关管导通180°，导通时间增加了。 ea VT1 VT4 VT1 VT4 ωt eb VT3 VT6 VT6 VT3 VT6 ωt ec VT2 VT5 VT2 VT5 ωt 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 ωt
图3.6 三相绕组的反电动势波形及其三三导通方式下的导通规律
当VT1、VT2、VT3导通是，电流的路线为：电源?VT1、VT3?A相绕组和B相绕组?C相绕组?VT2?地。其中A相B相相当与并联。如果假定C相绕组的电流为I，则A、B相绕组的电流分别为I/2 ，可以求得电枢绕组产生的总的电磁转矩约为每单相转矩的两倍。
在三三导通方式下，各相绕组不是在反电动势波的平顶部分换相，而是在反电动势的过零点换相。因此，在电枢电流和转速相同的情况下，三三导通方式下平均电磁转矩比二二导通方式下要小，同时瞬时电磁转矩还存在脉动。如果假定气隙磁密在空间呈正弦分布，则合成电磁转矩是单相电磁转矩的1.5倍。
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比较两种通电方式可见：在二二通电方式下，每个管子均有60°的电角度的不导通时间，不可能发生直通短路故障。而在三三通电方式下，因每个管子导通时间为180°电角度，一个管子的导通和关断稍有延迟，就会发生直通短路，导致开关器件损坏。并且，两相导通三相六状态工作方式很好地利用了方波气隙磁场的平顶部分，是电机出力大，转矩平稳性好。所以两相导通三相六状态工作方式最为常见。
3.3角形连接三相桥式主电路
图3.7所示的角形连接三相桥式主电路的开关管也采用功率MOSFET。与星形连接一样，角形连接的控制方式也有二二导通和三三导通两种。
VT1VT3VT5ACB
UsVT4VT6VT2图3.7 三角形连接三相桥式主电路
1．二二导通方式
三相角形连接二二导通方式的开关管导通顺序为：VT1、VT2?VT2、VT3?VT3、VT4?VT4、VT5?VT5、VT6?VT6、VT1，如图3.8所示。
ea VT1 VT4 VT1 VT4 ωt eb VT3 VT6 VT3 VT6 ωt ec VT5 VT2 VT2 VT5 ωt 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 ωt
图3.8 电枢绕组的反电动势波形及其角形连接二二导通方式的导通规律
当VT1、VT2导通时，电流的路线为：电源?VT1?A相绕组、B相绕组和C
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相绕组?VT2?地。其中B相与C相串联，在与A并联。如果A相绕组中的电流为I，则B、C两相绕组中的电流约为I/2，总电磁转矩约为单相电磁转矩的两倍。但各相绕组在反电动势的过零点导通，在反电动势平顶波部分关断，瞬时电磁转矩存在脉动。
如果假定气隙磁密在空间呈正弦分布，则容易得出此时合成电磁转矩约为单相电磁转矩的1.5倍。可见，角形连接二二导通方式下无刷直流电动机的工作情况与星形连接三三导通是情况相似。
2．三三导通方式
三相角形连接三三导通方式的各开关管导通顺序为：VT1、VT2、VT3?VT2、VT3、VT4?VT3、VT4、VT5?VT4、VT5、VT6?VT5、VT6、VT1?VT6、VT1、VT2，如图3.9所示。 ea VT1 VT4 VT1 VT4 ωt eb VT3 VT6 VT6 VT3 VT6 ωt ec VT2 VT5 VT2 VT5 ωt 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 ωt
图3.9 电枢绕组的反电动势波形及其角形连接三三导通方式的导通规律
当VT1、VT2、VT3导通时，电流的路径为：电源?VT1、VT3?A相绕组B相绕组?VT2?地。A、B两相绕组并联，流经A、B两相的电流大小相同。因此，总的电磁转矩为单相电磁转矩的两倍。
如果假定气隙磁密在空间呈正弦分布，容易得出此时合成电磁转矩为单相电磁转矩的3倍。
所以角形连接三三导通方式下无刷直流电动机的工作情况与星形连接二二导通时情况相似。所不同的是，在星形连接二二通电方式下，两通电绕组为串联；而三角形连接三三通电时，两相绕组为并联。
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4 无刷直流电动机转子位置信号检测
位置传感器在无刷直流电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁极的位置信号换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且各具特点。目前在无刷直流电动机中常用的位置传感器有以下几种。
4.1转子位置传感器
4.1.1电磁式位置传感器［6］
电磁式位置传感器是利用电磁效应来实现其位置测量作用的，有开口变压器、铁磁谐振电路、接近开关等多种类型。在无刷直流电动机中，用的较多的是开口变压器。
WBWAWC图4.1 电磁式位置传感器
用于三相无刷直流电动机位置检测传感器的原理如图4.1所示，它由定子和跟踪转子两部分组成．定子一般由硅钢片的冲片叠成，或用高频铁氧材料压铸而成，一般有六个极，它们之间的间隔分别为60°，其中三个极绕上一次绕组，并相互串联以高频电流（一般的频率为几千赫到几十千赫），另外三个极分别绕上而次绕组WA、WB、WC。它们之间分别相隔120°。跟踪转子是一个用非导磁材料作成的圆柱体，并在它上面镶上一块120°的扇形材料，如图4－1中涂黑的扇形片所示。在安装时将它同电动机转轴相联，其位置对应于某一个磁极。当跟踪转子位置如图4.1所示
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时，一次绕组所产生的高频磁通通过跟踪转子上的导磁材料耦合到绕组WB上，故在WB上产生感应电压UB，而在另外两相二次绕组WA、WC上由于无耦合回路同一次绕组相联，其感应电压UA、UC基本上为零。随着电动机转子的转动，跟踪转子的导磁扇形片也跟着旋转，使之逐步离开绕组WB而向绕组WC靠近（假定为逆时针旋转），从而使其二次电压UB下降， UC上升。就这样，随着电动机转子运动，在开口变压器上分别依次感应出电压UB、UC、UA。由于开口变压器结构简单可靠，目前得到了广泛的应用。扇形导磁片的角度一般大于120°电角度，常采用130°电角度左右。在三相全控电路中，为了换相译码器的需要，扇形导磁片的个数应同无刷直流电动机的极对数相等。由于振荡电源的频率高达几千赫，故变压器的铁心往往采用铁氧体材料，对频率较低的铁心，可以采用其他软磁材料
电磁式位置传感器具有输出信号大、工作可靠、寿命长、适应性强、对环境要求不高等优点，多用于航空航天领域，但这种传感器体积较大，信噪比较低，同时，其输出波形为交流，一般需整流、滤波方可使用，因而限制了它在普通条件下的应用。
4.1.2磁敏式位置传感器
常见的磁敏式位置传感器是由霍尔元件或霍尔集成电路构成的，世界上第一台无刷直流电动机就使用了霍尔元件式位置传感器。霍尔元件式位置传感器由于机构简单、性能可靠、成本低、是目前在无刷直流电动机上应用最多的一种位置传感器。
霍尔效应原理是在长方形半导体薄片上通过电流IH，当将半导体薄片置于外磁场中，并使其与外磁场垂直时，则在与电流IH和磁感应强度B构成的平面相垂直的方向会产生一个电动势EH，称其为霍尔电动势，其大小为：
EH?KHIHB （4.1）
式中
KH——霍尔元件的灵敏度系数
霍尔元件所产生的电动势很低，在应用时往往需要外接放大器，很不方便。随着半导体技术的发展，将霍尔集成电路有开关型和线性型。通常采用开关型霍尔集成电路作为位置传感器元件。为了简明起见，我们把开关型霍尔集成电路叫做霍尔开关，其外形象一只普通晶体管，其应用电路如图4.2所示。