BLDC與PMSM兩馬達的比較和分析

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BLDC-直流無刷馬達

PMSM-永磁同步馬達

兩者用的材料大體都一樣,主要是設計上的不同.

無刷直流馬達的設計是方波的(梯形波) 氣隙磁場,而且平頂的部分越平越好,

因此在極對數選擇上,大都選取整數槽集中繞組例如4極12槽,

磁鋼則是同心的扇形環,徑向沖磁. 並且一般裝Hall感測器來檢測位置和速度,

驅動方式是六步方波驅動,用於位置要求不是很高的場合;

【TIPS】霍爾訊號將馬達電器角分為6等份,依照霍爾訊號給予激磁電流產生

三相方波,稱為六步方波。三相訊號、120度導通三相訊號與霍爾訊號時序圖

如下

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永磁同步馬達是正弦波氣隙, 越正弦越好,因此極對數選擇上分數槽繞組,

如4極15槽,10極12槽等,磁鋼則是麵包形,平行充磁, 感測器一般配置增量型

編碼器,旋轉變壓器,絕對編碼器等.驅動i方式採用正弦波驅動,如磁場導向控制

FOC (Field Oriented Control)演算法等.

無刷直流馬達通常情況下轉子磁極採用瓦型磁鋼,經過磁路設計,

可以獲得梯形波的氣隙磁密,定子繞組多採用集中整距繞組,

因此感應反電動勢也是梯形波的。無刷直流馬達的控制需要位置資訊回饋,

必須有位置感測器或是採用無位置感測器估計技術,構成自控式的調速系統。

控制時各相電流也儘量控制成方波,逆變器輸出電壓按照有刷直流馬達

PWM的方法進行控制即可。

永磁同步馬達具有定子三相分佈繞組和永磁轉子,在磁路結構和繞組分佈上

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。永磁同步馬達控制系統常採用自控式,

也需要位置回饋資訊,可以採用向量控制(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。

最後糾正一個概念,“直流變頻”實際上是交流變頻,只不過控制物件通常

稱之為“無刷直流馬達”

BLDC和PMSM的差別真的難說,有時候取決於應用了。

傳統的說法是他們的反電動勢(BEMF)不同,BLDC接近方波,PMSM接近

正弦波。

控制上來說BLDC一般使用6步方波驅動,控制方波的相位和導通時間,

PMSM採用FOC。性能上來說BLDC的輸出功率密度會大點,

因為BLDC的轉矩充分利用了諧波,也因此BLDC的諧波會嚴重點


======================================

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●BLDC無刷直流馬達:磁鋼為方波充磁,控制電壓PWM也為方波,電流也為

方波。一個電週期有6個空間向量。控制簡單,成本低,一般的MCU就可實現。

●PMSM永磁同步馬達:磁鋼為正弦波充磁,反電動勢(BEMF)也為正弦波,

電流也為正弦波。一 般採用向量控制技術,一個電週期一般最少會有18個向量

(當然越多越好),需要高性能的MCU或DSP才能實現。

========================================

【總結差異比較】

1、無刷直流馬達的馬達本體:

BLDC的馬達本體:定子繞組為集中繞組,永磁轉子形成方波磁場;

PMSM的馬達本體:定子繞組為分佈繞組,永磁轉子形成正弦磁場;

2、位置感測器不同:

BLDC的位置感測器 : 為低解析度(60),如霍爾元件,電磁式、光電式;

PMSM的速度和位置感測器 : 為高解析度(1/256,1/1024),

如旋轉變壓器、光學編碼器等;

3、控制不同:

BLDC無刷直流馬達:120度方波電流,採用PWM控制;

PMSM永磁同步馬達:正玄波電流,採用SPWM SVPWM控制。








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