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直流無刷電機與永磁同步電機區別詳解

作者:卡卡  來源:www.geoffmeyer.com  更新時間:2020-03-09 13:33:26  點擊次數:

  直流無刷電機與永磁同步電機區別詳解

  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范疇。

  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為正弦,外加的定子電壓和電流也應為正弦波,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。

  兩者區別可以認為是方波和正弦波控制導致的設計理念不同。最后明確一個概念,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,應該歸類為交流永磁同步伺服電機;但習慣上被歸類為直流電機,因為從其控制和驅動電源以及控制對象的角度看,稱之為“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范疇。

  通常說的永磁同步電動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為正弦,外加的定子電壓和電流也應為正弦波,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 策略。

  兩者區別可以認為是方波和正弦波控制導致的設計理念不同。

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

  僅對電機結構而言,二者確實相差不大,個人認為二者的區別主要在于:

  1 概念上的區別。無刷直流電機指的是一個系統,準確地說應該叫“無刷直流電機系統”,它強調的是電機和控制器的一體化設計,是一個整體,相互的依存度非常高,電機和控制器不能獨立地存在并獨立工作,考核的也是他們整體的技術性能。而交流永磁同步電機指的是一臺電機,強調的是電機本身就是一臺獨立的設備,它可以離開控制器或變頻器而獨立地存在獨立地工作。

  2 從設計和性能角度上看,“無刷直流電機系統”設計時主要考慮將普通的機械換向變為電子換向后如何還能保持機械換向電機的優點,考核的重點也是系統的直流電機特性,如調速特性等;而交流永磁同步電機設計主要著重電機本身的性能,特別是交流電機的性能,如電壓的波形、電機的功率因數、效率功角特性等。

  3 從反電勢波形看,無刷直流電機多為方波,而交流永磁同步電機反電勢波形多為正弦波。

  4 從控制角度看,無刷直流電機系統基本不用什么算法,只是依據轉子位置考慮給那個繞組通電流即可,而交流永磁同步電機如果需要變頻調速則需要一定的算法,需要考慮電樞電流的無功和有功等。

  關于“那么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?”

  從原理上講,三相無刷直流電機使用三相正弦交流電是可以運行的,只不過是運行性能可能很差,如果三相無刷直流電機的反電勢波形為方波,則使用三相正弦交流電時會產生很大的諧波損耗,溫升很高。是否需要霍耳器件與使用什么電源(三相正弦交流電或方波脈沖電源)無關,而與電機的控制算法、控制策略及控制方式等因素有關,如果是用無位置傳感器的控制方式則霍耳器件可以不用,如果采用有轉子位置傳感器的控制方式,則位置傳感器還是必要的,當然可以不用霍耳器件而采用其他的傳感器,如編碼器、旋轉變壓器等   樓上說的很詳細了,簡單說下我的感受吧:

  曾測過無刷直流電機的反電動勢,并不是很完美的方波,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,在不在你的接受范圍內了。

  無刷直流電機的電機本體:定子繞組為集中繞組,永磁轉子形成方波磁場; 永磁同步電機的電機本體:定子繞組為分布繞組,永磁轉子形成正玄磁場;

  無刷直流電機的位置傳感器:低分辨率,60度分辨率,霍爾元件,電磁式、光電式; 永磁同步電機的位置傳感器:高分辨率,1/256,1/1024,旋轉變壓器,光碼盤;

  控制不同: 無刷直流電機:120度方波電流,采用PWM控制;    永磁同步電機:正玄波電流,采用SPWM  SVPWM控制


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