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第第頁(yè)你知道BLDC和PMSM的區(qū)別嗎?
對(duì)于(新能源)電驅(qū)系統(tǒng),大家關(guān)注更多的是(高壓)驅(qū)動(dòng)(電機(jī))。實(shí)際上,除了這些“大電機(jī)”以外,還有很多“小電機(jī)”。比如,之前談到的駐車(chē)系統(tǒng)中的駐車(chē)電機(jī)-ParkingMotor。
這些“小電機(jī)”越來(lái)越多的采用無(wú)刷直流電機(jī),即(BLDC)電機(jī)。與無(wú)刷直流電機(jī)相對(duì)應(yīng)的是有刷直流電機(jī)。在這里,這個(gè)“刷”通指的是碳刷。
無(wú)論是無(wú)刷直流電機(jī)還是有刷直流電機(jī),都屬于永磁同步電機(jī):轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由永磁體固定產(chǎn)生,定子磁場(chǎng)通過(guò)(電流)勵(lì)磁產(chǎn)生。
溫故一下永磁同步電機(jī)的(工作原理),可簡(jiǎn)單由下圖來(lái)描述。此時(shí),中間磁鐵在磁場(chǎng)的作用下,受到來(lái)自順時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)矩。如果中間磁鐵的極性保持不變,那么最終中間磁鐵會(huì)處于水平狀態(tài)。這種情況下,電機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,需要對(duì)中間磁鐵的極性進(jìn)行切換,即所謂的換向,如下圖所示。
在有刷電機(jī)中,換向是通過(guò)碳刷來(lái)實(shí)現(xiàn),這也就是為什么被稱(chēng)為有刷電機(jī)的原因。而無(wú)刷直流電機(jī)換向是通過(guò)(控制器),同驅(qū)動(dòng)大電機(jī)。
無(wú)刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)兩者工作原理基本相同,唯一的不同在于無(wú)刷直流電機(jī)需要一個(gè)更加復(fù)雜的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電(無(wú)碳刷實(shí)現(xiàn)換向),而有刷直流電機(jī)通過(guò)直流電壓輕松控制(碳刷實(shí)現(xiàn)換向)。
看在這里,大家可能會(huì)有疑惑。既然都屬于永磁同步電機(jī),為什么小電機(jī)被叫做“BLDC”,而驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常被叫做“PMSM”。這樣的區(qū)分對(duì)待有點(diǎn)怪怪的,但又不知道怪在哪。這個(gè)問(wèn)題確實(shí)對(duì)電機(jī)入學(xué)者而言,非常不友好,極易產(chǎn)生混淆。
從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)無(wú)刷直流小電機(jī)和永磁同步大電機(jī)是一樣的,都存在(電機(jī)控制)器、電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、軸承及附件。
從能源輸入來(lái)說(shuō),無(wú)刷直流小電機(jī)和永磁同步大電機(jī)是一樣的,都是直流轉(zhuǎn)交流。
不賣(mài)關(guān)子了,真正區(qū)分兩者的參數(shù)是"反電勢(shì)"。我們常說(shuō)電機(jī)反電勢(shì)是電機(jī)設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)參數(shù)之一,是因?yàn)榉措妱?shì)是電機(jī)的身份證。當(dāng)電機(jī)設(shè)計(jì)凍結(jié)后,其反電勢(shì)也就確定了。通過(guò)反電勢(shì)的波形及大小,可以輕松的區(qū)分電機(jī)類(lèi)型及大小。
BLDC反電勢(shì)波形是梯形,而PMSM反電勢(shì)波形是正弦。所以雖然都是永磁同步電機(jī),為了區(qū)分還是要進(jìn)行命名區(qū)分的,因此就出現(xiàn)了目前常說(shuō)的BLDC和PMSM。
科研深處是哲學(xué),肯定會(huì)有好奇的讀者會(huì)問(wèn),為什么結(jié)構(gòu)如此相似的它們反電勢(shì)波形就不一樣呢?
引用維基百科的定義,反電動(dòng)勢(shì)是指有反抗電流通過(guò)趨勢(shì)的電動(dòng)勢(shì),其本質(zhì)上屬于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有削弱(電源)電動(dòng)勢(shì)的作用,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即為反電動(dòng)勢(shì)。它的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果要使線圈維持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng),電源就要向電動(dòng)機(jī)提供能量,從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。
從反電勢(shì)的定義,可以看出反電勢(shì)實(shí)際上體現(xiàn)的是整個(gè)電機(jī)磁場(chǎng)分布的參數(shù)。也就是說(shuō),電機(jī)設(shè)計(jì)中的電磁設(shè)計(jì)決定了反電勢(shì)。更細(xì)一步說(shuō),那就是定子線圈繞組的設(shè)計(jì)(產(chǎn)生定子磁場(chǎng))和轉(zhuǎn)子磁鋼分布設(shè)計(jì)(產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))決定了反電勢(shì)。差異最大的是前者,定子繞組設(shè)計(jì)。
關(guān)于定子繞組設(shè)計(jì),這個(gè)問(wèn)題可以單開(kāi)一期進(jìn)行進(jìn)行講解,本期不進(jìn)行拓展。如果接觸過(guò)BLDC和PMSM,那么就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)電機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)的差異。
BLDC通常采用集中式繞組,集中式繞組應(yīng)用于凸極式定子,通常繞制成矩形線圈,經(jīng)紗帶包扎定型,再經(jīng)浸漆烘干處理后,嵌裝在凸形磁極的鐵心上。
PMSM通常采用分布式繞組,分布式繞組的電動(dòng)機(jī)定子沒(méi)有凸形極掌,每個(gè)磁極由一個(gè)或幾個(gè)線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組,通電后形成不同極性的磁極。
由于反電勢(shì)波形的不同,BLDC和PMSM的控制算法也是不一樣的。
對(duì)于間隔120°的三相電機(jī)。通電方式共有6種:AB/(AC)/BA/BC/CA/CB。以下圖為例,6種通電方式,將圓周方向均分為6等分。這就意味著如果我們能夠每60°對(duì)相位進(jìn)行正確的變換,那么電機(jī)就能夠順利的轉(zhuǎn)起來(lái)。這就是所謂的BLDC6步控制或梯形控制。
極對(duì)數(shù)越多,換向越頻繁
在上期文章,吐血整理最通俗易懂的電機(jī)控制講解(一),我們談到PMSM電機(jī)控制是使得電機(jī)定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終保證90°,以獲取最大轉(zhuǎn)矩,所以我們采用了FOC(Field-(Or)ien(te)dControl)控制。
對(duì)比PMSM的FOC控制,BLDC的梯形控制中,定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)角度從未達(dá)到90°,且角度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)(60°內(nèi))。一方面這種控制無(wú)法達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩,另外一方面也會(huì)存在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。這種控制經(jīng)
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