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直流無刷電機与永磁同步电机区别详解

作者:卡卡  来源:www.kuersi.cn  更新时间:2020-03-09 13:33:26  点击次数:

  直流無刷電機与永磁同步电机区别详解

  無刷直流電機通常情況下轉子磁極采用瓦型磁鋼,經過磁路設計,可以獲得梯形波的氣隙磁密,定子繞組多采用集中整距繞組,因此感應反電動勢也是梯形波的。無刷直流電機的控制需要位置信息反饋,必須有位置傳感器或是采用無位置傳感器估計技術,構成自控式的調速系統。控制時各相電流也盡量控制成方波,逆變器輸出電壓按照有刷直流電機PWM的方法進行控制即可。本質上,無刷直流電機也是一種永磁同步電動機,調速實際也屬于變壓變頻調速範疇。

  通常說的交流永磁同步伺服電機具有定子三相分布繞組和永磁轉子,在磁路結構和繞組分布上保證感應電動勢波形爲正弦,外加的定子電壓和電流也應爲正弦波,一般靠交流變壓變頻器提供。永磁同步電機控制系統常采用自控式,也需要位置反饋信息,可以采用矢量控制(磁場定向控制)或直接轉矩控制的先進控制方式。

  兩者區別可以認爲是方波和正弦波控制導致的設計理念不同。最後明確一個概念,無刷直流電機的所謂“直流變頻”實質上是通過逆變器進行的交流變頻,從電機理論上講,無刷直流電機與交流永磁同步伺服電機相似,應該歸類爲交流永磁同步伺服電機;但習慣上被歸類爲直流電機,因爲從其控制和驅動電源以及控制對象的角度看,稱之爲“無刷直流電機”也算是合適的。

  無刷直流電機通常情況下轉子磁極采用瓦型磁鋼,經過磁路設計,可以獲得梯形波的氣隙磁密,定子繞組多采用集中整距繞組,因此感應反電動勢也是梯形波的。無刷直流電機的控制需要位置信息反饋,必須有位置傳感器或是采用無位置傳感器估計技術,構成自控式的調速系統。控制時各相電流也盡量控制成方波,

  逆變器輸出電壓按照有刷直流電機PWM的方法進行控制即可。

  本質上,無刷直流電動機也是一種永磁同步電動機,調速實際也屬于變壓變頻調速範疇。

  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。

  兩者區別可以認爲是方波和正弦波控制導致的設計理念不同。

  最後糾正一個概念,“直流變頻”實際上是交流變頻,只不過控制對象通常稱之爲“無刷直流電機”。

  僅對電機結構而言,二者確實相差不大,個人認爲二者的區別主要在于:

  1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统,准确地说应该叫“无刷直流电机系统”,它强调的是电机和控制器的一体化设计,是一个整体,相互的依存度非常高,电机和控制器不能独立地存在并独立工作,考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机,强调的是电机本身就是一台独立的设备,它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。

  2 从设计和性能角度上看,“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点,考核的重点也是系统的直流电机特性,如调速特性等;而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能,特别是交流电机的性能,如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。

  3 从反电势波形看,无刷直流电机多为方波,而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。

  4 从控制角度看,无刷直流电机系统基本不用什么算法,只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可,而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法,需要考虑电枢电流的无功和有功等。

  關于“那麽三相無刷直流電機能不能使用三相正弦交流電呢?如果可以,霍耳器件是否可以不用了?”

  从原理上讲,三相无刷直流电机使用三相正弦交流电是可以运行的,只不过是运行性能可能很差,如果三相无刷直流电机的反电势波形为方波,则使用三相正弦交流电时会产生很大的谐波损耗,温升很高。是否需要霍耳器件与使用什么电源(三相正弦交流电或方波脉冲电源)无关,而与电机的控制算法、控制策略及控制方式等因素有关,如果是用无位置传感器的控制方式则霍耳器件可以不用,如果采用有转子位置传感器的控制方式,则位置传感器还是必要的,当然可以不用霍耳器件而采用其他的传感器,如编码器、旋转变压器等   楼上说的很详细了,简单说下我的感受吧:

  曾測過無刷直流電機的反電動勢,並不是很完美的方波,是像削了頂的正弦波,用直流變頻控制,電機轉速還比較平穩,但是要看精度,在不在你的接受範圍內了。

  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;

  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;

  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


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