永磁同步電機(jī)和永磁異步電機(jī)

1、兩者之間簡(jiǎn)介、特點(diǎn)

無(wú)刷電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)或兩個(gè)以上可以產(chǎn)生直流磁場(chǎng)的永久磁鐵(從轉(zhuǎn)子的有利位置看)。該磁場(chǎng)進(jìn)入定子鐵芯(鐵芯由很薄，疊壓的鐵心片組成)，并與繞組內(nèi)流動(dòng)的電流相互作用，產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子和定子之間相互作用的扭矩。

不像無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子，感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子沒(méi)有永磁體，只是嵌有導(dǎo)體的疊壓鋼板形成的“短路結(jié)構(gòu)”。由定子繞組中的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的頻率等于電源頻率和轉(zhuǎn)子自身的旋轉(zhuǎn)頻率之差。因此，感應(yīng)電壓存在于整個(gè)短路結(jié)構(gòu)之中，正比于轉(zhuǎn)子和電源頻率之間的轉(zhuǎn)差。響應(yīng)該電壓，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流是大致和感應(yīng)電壓成正比。

當(dāng)一個(gè)3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)被連接到3相電源時(shí)，轉(zhuǎn)矩就會(huì)隨即產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)擁有在負(fù)載情況下啟動(dòng)的能力。而且不需要變頻器。感應(yīng)電機(jī)可以與市電直接兼容是感應(yīng)電機(jī)成功的主要原因。與此相反，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)如果直接連接到固定頻率的公用電源上，它不能產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。它需要的逆變器的幫助，使其“相位”保持與轉(zhuǎn)子的角位置協(xié)調(diào)。

增加一個(gè)開(kāi)環(huán)控制器(沒(méi)有任何反饋控制)，有可能使感應(yīng)電機(jī)可以用電池或其他直流電源供電;通過(guò)調(diào)節(jié)變換器頻率也可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。盡管如此，與直流電機(jī)相比它的轉(zhuǎn)矩性能還是很低。如果再增加一些反饋回路，使逆變器能夠產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)需要的精確頻率，這樣的話，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)用電機(jī)就能夠與直流電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)相PK。

2、兩者之間的異同點(diǎn)

(1)相同點(diǎn)

無(wú)刷電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)兩者都采用相似的定子結(jié)構(gòu)。兩種驅(qū)動(dòng)器都采用3相調(diào)制逆變器。唯一的區(qū)別是他們的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和逆變器控制。而且與數(shù)字控制器相比，控制上唯一的差異是控制代碼的不同。(直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要的絕對(duì)位置傳感器，而感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器只需要一個(gè)速度傳感器;但這些差異相對(duì)來(lái)說(shuō)是小的

(2)優(yōu)缺點(diǎn)

能量轉(zhuǎn)化效率

一個(gè)主要的差別：是直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生只少得多轉(zhuǎn)子熱量。轉(zhuǎn)子的冷卻更容易實(shí)現(xiàn)，峰值點(diǎn)效率一般也比感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)高。此外，直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)還可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行，而用于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最佳功率因數(shù)為85%左右。這意味著，對(duì)于一個(gè)直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)最高效率通常比為感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)高幾個(gè)百分點(diǎn)。

磁場(chǎng)的強(qiáng)度B

一個(gè)理想的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度B是可調(diào)節(jié)的。當(dāng)需要最大扭矩，特別是在低速時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度(B)中應(yīng)該是最大 。 使逆變器和電機(jī)電流被保持在其最最低值。這最大限度地減少了I2R(current2電阻)的損耗，從而提高了電機(jī)的效率。同樣地，當(dāng)扭矩較低時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度B應(yīng)該減少，要使渦流和磁滯損耗也減少。理想的情況下，應(yīng)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度B，使得渦流損耗，磁滯損耗和I2R損耗的總和最小。不幸的是，永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度B不容易改變。

與此相反，感應(yīng)電機(jī)沒(méi)有磁鐵也沒(méi)有磁場(chǎng)強(qiáng)度B是“可調(diào)整”，因?yàn)樗腂是成比于的V / f(電壓頻率)的。這意味著在電機(jī)輕載時(shí)，逆變器能減小電壓，使得磁損耗減小和效率最高。因此，使用智能變頻操作的感應(yīng)機(jī)是優(yōu)于DC無(wú)刷電機(jī)的。 它的磁場(chǎng)和傳導(dǎo)損耗可以轉(zhuǎn)化，使得電機(jī)效率得到了提高。當(dāng)電機(jī)性能要求提高的時(shí)候，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)變得很重要。無(wú)刷直流電機(jī)呢，隨著電機(jī)尺寸的增長(zhǎng)，磁損耗也相應(yīng)增加，部分負(fù)載效率也下降。而感應(yīng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)尺寸變大的時(shí)候，損耗并不一定增加。因此，感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或許是高性能電機(jī)想要的最好方式，雖然峰值效率會(huì)比用無(wú)刷電機(jī)低一點(diǎn)，但平均效率實(shí)際上可能會(huì)更好。

造價(jià)成本——永磁體

永磁鐵是昂貴的 —— 每公斤價(jià)值50 $。，非常大的作用力開(kāi)始發(fā)揮作用時(shí)，永磁電機(jī)(PM)的轉(zhuǎn)子也很難控制。這意味著，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)將可能保留對(duì)永磁電機(jī)而言，具有的成本優(yōu)勢(shì)。另外，由于感應(yīng)電機(jī)的磁場(chǎng)削弱能力，也使得它的逆變器的等級(jí)和成本似乎更低，特別是對(duì)于高性能的驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)。由于去磁時(shí)，感應(yīng)電機(jī)生產(chǎn)很少或甚至沒(méi)有電壓，也就是說(shuō)它們更容易防護(hù)。

控制難度

感應(yīng)電機(jī)是更難控制的，它的控制規(guī)律更加復(fù)雜和難以理解。要使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在整個(gè)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以及溫度過(guò)高時(shí)，要比無(wú)刷電機(jī)更加困難。這意味著需要增加開(kāi)發(fā)成本，但可能很少或沒(méi)有可重復(fù)的費(fèi)用。

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BLDC和PMSM電機(jī)的區(qū)別

(1)結(jié)構(gòu)

兩者之間的結(jié)構(gòu)都差不多，都是有一個(gè)繞組定子和一個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子構(gòu)成的。主要的區(qū)別在于永磁體的充磁方式不一樣：BLDC對(duì)位置控制精度要求不高，使用的是PWM方波驅(qū)動(dòng)，接受的電流是直流方波，反電動(dòng)勢(shì)是梯形，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，是梯形方形充磁。而PMSM對(duì)位置精度要求較高，輸出的電流是正弦波交流電流，采用的是正弦波充磁，逆變電路輸出非常近似圓形的正多邊形磁鏈。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小，電機(jī)運(yùn)行很平穩(wěn)。

(2)算法、控制

BLDC只需要輸出正弦波就可以了，因此算法難度較小，對(duì)控制電路要求也不高，甚至普通的51單片機(jī)都可以控制。PMSM電機(jī)對(duì)控制電路要求較高，算法較復(fù)雜，對(duì)MCU和電路設(shè)計(jì)要求較高。

BLDC電機(jī)也可以用SVPWM算法來(lái)改善性能，其實(shí)兩者的差別不大，主要是算法，以及永磁體充磁的部分差別。