彻底搞懂BLDC与PMSM的区别
彻底搞懂BLDC与PMSM的区别
- 从结构上看
- 从控制上看
- 从应用上看
BLDC,直流无刷电机,也可以叫电子换向直流电机,反电势为梯形波,定子电流为矩形波,一般定子为集中整距绕组。
PMSM,永磁同步电机,反电势和定子电流均为正弦波,一般定子为短距分布绕组
从结构上看
网上有很多网友直接解释说,BLDC是集中整距绕组,PMSM是分布短距绕组。这个说法太片面,
集中整距绕组不一定就是BLDC,分布短距绕组大概率是PMSM。 网友之所以会这么简单粗暴的给出这样的定义,是因为他们默认了集中整距绕组就会感应出梯形波的反电势,但实际上不一定。
什么是集中绕组和分布绕组
集中绕组:所发出的电是一个线圈的感应电动势
分布绕组:所发出的电是多个线圈的合成电动势
什么是反电动势,反电动势是永磁电机很重要的一个指标,因为BLDC和PMSM都是永磁电机,根据初中物理知识可以知道,运动的磁场会在导体中会产生感应电流,进而产生感应电压,即感应电动势。所以永磁体在电机旋转的时候,会在定子绕组里产生感应电动势,也叫反电动势。不同的定转子结构,会在定子绕组中产生不同波形的反电动势,目前主流的就两种,一种是梯形波,另一种是正弦波。
完美的梯形波很难造就出来,大多数反电势波形是介于梯形波与正弦波之间的。 通常来讲,造就梯形波比造就正弦波要难得多,在实际应用的电机中,如果只看定子绕组方式,短距分布绕组更容易制造出正弦波,而集中整距绕组往往是不完美的正弦波。而且有时候为了减少齿槽转矩的影响,使用斜极、斜槽的设计,使得反电势波形更趋于正弦化。
也就是说,从集中整距绕组的电机结构上,没办法判断确定电机是BLDC。但反过来讲,因为集中整距绕组工艺制造上,相对更容易,所以对要求不高的BLDC,就一般用集中整距绕组来做定子了。
因为集中绕组端部轴向尺寸小,提高了铜的利用率(端部铜线不产生电磁功率),所以集中绕组的电机一般效率较高(铜损降低了)。所以网上有些说BLDC效率高是片面的,不是BLDC,而是采用集中绕组的电机。
从控制上看
BLDC的输入电机系统的电压是直流电,只不过有电子换向器(简易版逆变器),使得输入电机定子绕组的电压电流为大小不变,正负方向变化的交流电。PMSM输入的电压电流,是纯粹的交流电,正弦波,跟家电50HZ的波形一样。
BLDC是采用六步换相控制,拿最简单的玩具电机,就是两极三槽电机来举例,一圈360度的旋转,每60度切换一次,磁场角度永远在60度-90度-120度-60度,做往复运动,电磁拉力也一直在从小到大,再从大到小的变化。所以,BLDC的转矩脉动比较大。
而PMSM是依靠正弦波的三相旋转交流电来控制。就是说,如果电机定子绕组同时具备两个条件:1三相交流电,2交流电是正弦波形,那么电机定子中就可以产生一个旋转磁场。那么好了,定子的旋转磁场就可以带着贴有磁铁的转子做旋转运动了。只要电源电压电流是稳定的,那么输出的转矩就是稳定的。由此可见,PMSM的转矩脉动就小很多。
(因为电源逆变过程会产生谐波,所以由谐波产生的一点点脉动还是有的)
因为控制简单,所以BLDC使用霍尔传感器就好了。每当转子转过60度,告诉电源把正负极切换一下,就这么简单。而PMSM需要知道转子的准确位置,随时调整电流来调整转矩,保证转速同步,所以需要相对高端的旋转变压器来测速定位。
从应用上看
BLDC本质是是直流电机,对于开环控制的BLDC,转速与负载,T-n曲线是有斜率的,转速是会随着负载而降低的。而PMSM本质上是同步电机,转速只与电机极对数和频率有关,与负载大小没有直接关系。
两者的负载曲线如下:
**随着负载的增加,BLDC转速降低,而PMSM转速是恒定的。**这就解释了为什么PMSM的控制精度高了。但PMSM有一个问题,就是会有失步现象,如果负载转矩超过堵转转矩,转子转速就没办法跟上旋转磁场转速了,转速降低,直到停止。
所以一些大型的永磁同步电机,或者同步发电机,会在转子表面加阻尼绕组,在转子失步的情况下,有转差率,产生感应电流,类似异步电机原理,驱动转子旋转,跟上旋转磁场转速。
要说的是,BLDC和PMSM之间没有明显的界定,如果用一个简单的定义去区分的话,应该找不到一个准确的答案。大多数电机应用都是根据具体的应用需求,匹配合适的电机特性,取其长处,去其短处。
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