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blog:2024-04-02_share_徹底搞懂bldc與pmsm的差別



2024-04-02 Share: 徹底搞懂BLDC與PMSM的差別

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  • 看到網路上挺多分享兩者的差別,但都比較片面,今天就給大家講點不一樣的,主要從結構,控制,還有應用上去做一下對比,盡量以一般工科大學畢業生就能理解的語言去講解。
  • 首先,大家知道的,BLDC,直流無刷電機,也可以叫電子換向直流電機,反電勢為梯形波,定子電流為矩形波,一般定子為集中整距繞組。 PMSM,永磁同步電機,反電勢和定子電流均為正弦波,一般定子為短距分佈繞組等等等。 。 。 。
  • 以上是百度會告訴你的,但要徹底搞懂BLDC與PMSM的差別,這些還不夠。
  • 1,先說說結構。網路上有很多網友直接解釋說,BLDC是集中整距繞組,PMSM是分佈短距繞組。這個說法太片面,集中整距繞組不一定是BLDC,分佈短距繞組大機率是PMSM。網友之所以會這麼簡單粗暴的給出這樣的定義,是因為他們默認了集中整距繞組就會感應出梯形波的反電勢,但實際上不一定。
    • (什麼是反電勢,反電勢是永磁電機很重要的一個指標,因為BLDC和PMSM都是永磁電機,根據初中物理知識可以知道,運動的磁場會在導體中會產生感應電流,進而產生感應電壓,即感應電動勢,所以永磁體在馬達旋轉的時候,會在定子繞組裡產生感應電動勢,也叫反電勢。不同的定轉子結構,會在定子繞組中產生不同波形的反電勢,目前主流的就兩種,一種是梯形波,另一種是正弦波。)
    • 完美的梯形波很難造就出來,大多數反電位波形是介於梯形波與正弦波之間的。通常來講,造就梯形波比造就正弦波要難得多,在實際應用的電機中,如果只看定子繞組方式,短距分佈繞組更容易製造出正弦波,而集中整距繞組往往是不完美的正弦波。而且有時候為了減少齒槽轉矩的影響,使用斜極、斜槽的設計,使得反電位波形更趨於正弦化。
    • 也就是說,從集中整距繞組的馬達結構上,沒辦法判斷確定馬達是BLDC。但反過來講,因為集中整距繞組工藝製造上,相對更容易,所以對要求不高的BLDC,就一般用集中整距繞組來做定子了。
    • 因為集中繞組端部軸向尺寸小,提高了銅的利用率(端部銅線不產生電磁功率),所以集中繞組的馬達一般效率較高(銅損降低了)。所以網路上有些說BLDC效率高是片面的,不是BLDC,而是採用集中繞組的馬達。
  • 2,從馬達控制的角度。 BLDC的輸入馬達系統的電壓是直流電,只不過有電子換向器(簡易版逆變器),使得輸入馬達定子繞組的電壓電流為大小不變,正負方向變化的交流電。 PMSM輸入的電壓電流,是純粹的交流電,正弦波,跟家電50HZ的波形一樣。
    • BLDC是採用六步換相控制,拿最簡單的玩具電機,就是兩極三槽電機來舉例,一圈360度的旋轉,每60度切換一次,磁場角度永遠在60度-90度-120度- 60度,做往復運動,電磁拉力也一直在從小到大,再從大到小的變化。所以,BLDC的轉矩脈動比較大。
    • 而PMSM是依賴正弦波的三相旋轉交流電來控制。正弦波三相交流電,大家知道吧?就是說,如果馬達定子繞組同時具備兩個條件:1三相交流電,2交流電是正弦波形,那麼馬達定子中就可以產生一個旋轉磁場。那麼好了,定子的旋轉磁場就可以帶著貼有磁鐵的轉子做旋轉運動了。只要電源電壓電流是穩定的,那麼輸出的扭力就是穩定的。由此可見,PMSM的轉矩脈動小很多。 (因為電源逆變過程會產生諧波,所以由諧波產生的一點點脈動還是有的)
    • 因為控制簡單,所以BLDC使用霍爾感測器就好了。每當轉子轉過60度,就告訴電源把正負極切換一下,就這麼簡單。而PMSM需要知道轉子的準確位置,隨時調整電流來調整轉矩,確保轉速同步,所以需要相對高階的旋轉變壓器來測速定位。
  • 3,從馬達應用的角度。 BLDC本質是直流電機,對於開環控制的BLDC,轉速與負載,Tn曲線是有斜率的,轉速是會隨著負載而降低的。而PMSM本質上是同步電機,轉速只與電機極對數和頻率有關,與負載大小沒有直接關係。
    • BLDC轉速公式:n=U/Ce∮-TR/CeCt∮2
    • PMSM轉速公式:n=60f/p;
    • 兩者的負載曲線如下:
    • 隨著負載的增加,BLDC轉速降低,而PMSM轉速是恆定的。這就解釋了為什麼PMSM的控制精度高了。但PMSM有一個問題,就是會有失步現象,如果負載轉矩超過堵轉轉矩,轉子轉速就沒辦法跟上旋轉磁場轉速了,轉速降低,直到停止。
    • 所以一些大型的永磁同步電機,或是同步發電機,會在轉子表面加阻尼繞組,在轉子失步的情況下,有轉差率,產生感應電流,類似異步電機原理,驅動轉子旋轉,跟上旋轉磁場轉速。
  • 最後,透過一個mini小表格來做總結
  • 要說的是,BLDC和PMSM之間沒有明顯的界定,如果用一個簡單的定義去區分的話,應該找不到一個準確的答案。大多數電機應用都是根據具體的應用需求,匹配合適的電機特性,取其長處,去其短處。

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Permalink blog/2024-04-02_share_徹底搞懂bldc與pmsm的差別.txt · Last modified: 2024/04/02 16:14 by jethro

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