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直流无刷电机与永磁同步电机区别详解

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

  直流无刷电机与永磁同步电机区别详解

  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。

  通常说的交流永磁同步伺服电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方式。

  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。最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机;但习惯上被归类为直流电机,因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看,称之为“无刷直流电机”也算是合适的。

  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”。

  仅对电机结构而言,二者确实相差不大,个人认为二者的区别主要在于:

  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。

  关于“那么三相无刷直流电机能不能使用三相正弦交流电呢?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:

  曾测过无刷直流电机的反电动势,并不是很完美的方波,是像削了顶的正弦波,用直流变频控制,电机转速还比较平稳,但是要看精度,在不在你的接受范围内了。

  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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