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永磁无刷直流电机与永磁同步电机比较和分析

永磁无刷直流电机与永磁同步电机比较和分析

  • 分类:电机百科
  • 作者:多维电气
  • 来源:
  • 发布时间:2022-10-27 08:44
  • 访问量:

【概要描述】

永磁无刷直流电机与永磁同步电机比较和分析

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  • 作者:多维电气
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永磁无刷直流电机与永磁同步电机两者用的材料大体都一样,主要是设计上的不同.一般无刷直流电机设计的时候,气隙磁场是方波的(梯形波)而且平顶的部分越平越好,因此在极对数选择上一般选取整数槽集中绕组例如4极12槽,并且磁钢一般是同心的扇形环,径向冲磁. 并且一般装Hall传感器来检测位置和速度,驱动方式一般是六步方波驱动,用于位置要求不是很高的场合;而永磁同步是正弦波气隙, 越正弦越好,因此极对数上选择分数槽绕组,如4极15槽,10极12槽等,磁钢一般是面包形,平行充磁, 传感器一般配置增量型编码器,旋转变压器,绝对编码器等.驱动i方式一般采用正弦波驱动,如FOC算法等.用于伺服场合.

你可以从内部结构, 传感器, 驱动器,以及应用场合判别.这种电机也可以互换使用,不过会使性能下降.对于大多数气隙波形介于两者之间永磁电机,主要看驱动方式.

无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢,经过磁路设计,可以获得梯形波的气隙磁密,定子绕组多采用集中整距绕组,因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术,构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波,逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。本质上,无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴。

通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子,在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式,也需要位置反馈信息,可以采用矢量控制(磁场定向控制)或直接转矩控制的先进控制策略。

两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。

最后纠正一个概念,“直流变频”实际上是交流变频,只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”

我的理解中,应该说BLDC和PMSM的差别真的难说,有时候取决于应用了。传统的说法是他们的反电动势不同,BLDC接近于方波,PMSM接近于正弦波。控制上来说BLDC一般使用6节拍的方波驱动,控制方波的相位和倒通时间,PMSM采用FOC。性能上来说BLDC的输出功率密度会大点,因为BLDC的转矩充分利用了谐波,也因此BLDC的谐波会严重点

1、无刷直流电机的电机本体:

定子绕组为集中绕组,永磁转子形成方波磁场;永磁同步电机的电机本体:定子绕组为分布绕组,永磁转子形成正玄磁场;

2、无刷直流电机的位置传感器:

低分辨率,60度分辨率,霍尔元件,电磁式、光电式;永磁同步电机的位置传感器:高分辨率,1/256,1/1024,旋转变压器,光码盘;

3、控制不同:

无刷直流电机:120度方波电流,采用PWM控制;

永磁同步电机:正玄波电流,采用SPWM  SVPWM控制。

 

无刷直流电机:磁钢为方波充磁,控制电压PWM也为方波,电流也为方波。一个 电周期有6个空间矢量。控制简单,成本低,一般的MCU就可实现。

永磁同步电机:磁钢为正弦波充磁,反电动势也为正弦波,电流也为正弦波。一 般采用矢量控制技术,一个电周期一般最少会有18个矢量(当然越多越好),需要高性能的MCU或DSP才能实现。

直流伺服:这个范围就很广了啊。直流伺服,指直流电机再控制系统的控制下,根据控制指令(转速、位置、角度等)来进行动作,一般用于执行机构。

 

一、传感器的不同:

直流无刷电机(BLDC):位置传感器,如霍尔等;

永磁同步电机(PMSM):速度和位置传感器,如旋转变压器、光电编码器等;

二、反电势波形不同:

BLDC :近似梯形波(理想状态);

PMSM :正弦波(理想状态

三、三相电流波形不同:

BLDC :近似方波或梯形波(理想状态);

PMSM :正弦波(理想状态

四、控制系统的区别:

BLDC:通常包括位置控制器、速度控制器和电流(转矩)控制器;

PMSM:不同控制策略的会有不同的控制系统;

五、设计的原理与方法上的区别:

BLDC:尽量拓宽反电势波形的宽度(使之近似为梯行波);

PMSM:使反电势接近与正弦波;

体现在设计上主要是定子绕组、转子结构(如极弧系数)上的区别。

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电机基本名词术语

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一、电机基本名词术语 电机: 电机是借助于电磁原理工作的能量转换设备。只有给电机输入能量,它才会输出能量,在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能。 变压器:是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。 发电机:是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。 直流发电机:将机械能转换成直流电能的发电机。 交流发电机:将机械能转换成交流电能的发电机 同步发电机:其电动势的频率与电机转速(同步转速)之比为恒定值,例如对于2极(1对磁极)同步发电机,发电频率与每秒转速相同;对于12极(6对磁极)同步发电机,发电频率为6倍每秒转速。大型汽轮发电机、水轮发电机都是同步发电机,大多数交流发电机都是同步发电机,应用非常广泛。同步转速: 要使发电机供给电网50Hz的工频电能,发电机的转速必须为同步转速。同步转速=50×60/p,p是磁极对数,例如一对磁极(2极)电机的同步转速为3000r/min,二对磁极(4极)电机的同步转速为1500r/min。 异步发电机:带负载时发电机的转速大于同极数的同步转速,例如二对磁极的异步发电机转速大于1500r/min,也就是说发电机输出电压频率低于2倍每秒转速,而且发电机转速与所接电网频率之比不是恒定值,随负荷加大转差加大。异步发电机应用很少,主要应用在风力发电机组中。 电动机:是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。 直流电动机:将直流电能转换成机械能的电动机。 交流电动机:将交流电能转换成机械能的电动机。交流电动机分成异步电动机(转速小于同步转速)和同步电动机(转速等于同步转速),实际中以异步电动机应用最为普及,同步电动机相对较少。 发电机容量(发电机额定容量):发电机在制造厂规定的额定转速、电压、功率因数以及额定的冷却条件下运行时,在出线端以千伏安表示的连续输出容量,单位是kVA。 电动机功率(额定功率):在额定电压、额定负载、规定的冷却条件下运行时,电机轴输出的机械功率,单位是kW。 电机的效率:P2 与P1 的比值称为电机的效率,用η表示,即有η=P 2 /P 1  ,P1 称为输入功率,表示单位时间内输入电机的能量;P2称为输出功率,表示单位时间内电机输出的能量。   二、电机的电磁结构 转子、定子:发电机与电动机都与机械能有关,在它们的结构中有运动部件,运动部件通常都作旋转运动,称为转子;相应地固定部件就称为定子。 主磁路:是指主磁通Φ 的路径,变压器的主磁路为闭合铁心,见图3左,浅蓝色箭头线是磁力线。旋转电机的主磁路,除定、转子铁心外,还包含两段气隙,见图1右,浅蓝色箭头线是磁力线。 铁芯:承载磁通的磁路部件,不包括气隙。 机座(定子机座):支承定子铁心或铁心组件以及定子绕组的构件。 机座磁轭:为静止凸极提供机械支撑的定子铁芯部分。 磁极:铁芯的一部分,带有或嵌有励磁绕组或包含一块或几块永久磁体。 极靴:凸极靠近气隙的部分。 气隙:磁路内铁磁性部分中的间隙。 转子磁轭:为旋转凸极提供机械支撑的转子铁芯部分。 凸极:从轭部向气隙方向伸出的一种磁极,图5左图的转子有6个凸极,凸极安装在转子磁轭上。 隐极:圆柱铁芯的一部分,通过分布绕组的励磁效应起磁极作用,见图5右,小齿间的槽用来嵌放分布的励磁绕组,大齿则是磁极。。 槽:铁芯上的凹槽,在其中放置绕组导体。 齿:两个相邻槽之间的铁芯部分。  
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