交流感应电机和无刷直流电机的控制区别?

电器工程 发动机 控制 无刷直流电机 感应电机
2022-01-10 04:12:20

我在工业交流电机控制(软启动器、VFD 等)方面有相当扎实的背景,但我肯定不精通无刷直流电机……地球上每个硬盘驱动器中都有这种类型。

据我所知,它们看起来与典型的星形连接交流感应电机相同,并且电机控制器看起来非常非常类似于我在职业生涯中大部分时间都在设计的典型三相交流控制器。

无论从机械构造的角度还是从控制的角度来看,我都找不到两者之间的真正区别。我似乎找到的最接近的是“它们相似”。

有没有人有任何资源或可以对这些类型的电机及其控制方法之间的主要区别提供相当技术性的解释?

4个回答

所有关于电路

无刷直流电机类似于交流同步电机。主要区别在于,与无刷直流电机的矩形或梯形反电动势相比,同步电机产生正弦反电动势。两者都有定子产生旋转磁场,在磁性转子中产生扭矩。

施工方面,基本上*没有区别。

通用电机控制器

上图中的电机可以称为“交流感应电机”或“无刷直流电机”,它是同一个电机。

主要区别在于驱动器。交流电机由由正弦交流波形组成的驱动器控制。它的速度与该波形的频率同步。而且由于它是由正弦波驱动的,所以它的反电动势是正弦波。可以从墙上插座驱动单相交流电机,它会以 3000 RPM 或 3600 RPM 的速度转动(取决于您所在国家/地区的电源频率为 50/60Hz)。

请注意,我说可以为了从直流电源驱动电机,需要一个控制器,它本质上只是一个直流到交流逆变您说交流电机也可以由控制器驱动是正确的。例如,如您所说,变频驱动器 (VFD) 是直流到交流逆变器。尽管通常它们具有 AC 到 DC 整流器前端。

PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif

VFD 使用 PWM 来近似正弦波,并且可以通过连续改变脉冲宽度来非常接近,如下所示:

正弦与 PWM

虽然使用 PWM 来近似正弦波会产生近乎正弦的反电动势波形(“模糊”是您使用的词),但它也有点复杂。一种更简单的换向技术称为六步换向,其中反电动势波形比正弦波形更呈梯形。

六步驱动

六步反电动势 http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png

正如您所说,虽然这种“PWM 真的很差”,但实现起来也简单得多,因此更便宜。

除了六步和正弦之外,还有其他的换向方法。唯一真正流行的(在我看来)是空间矢量驱动。这与正弦驱动具有大致相同的复杂性,但可以更好地利用可用的直流总线电压。我不打算详细介绍空间矢量,因为我认为它只会使讨论变得混乱。

所以这些是驱动技术的差异。用于驱动交流电机的波形通常是正弦波形,可以直接来自交流电源,可以使用 PWM 进行近似。用于驱动直流电机的波形通常是梯形的,并且来自直流电源。尽管效率会受到轻微影响,但没有理由无法更换驱动器。

*基本上

上面我说了这两种电机的构造本质上是一样的。在这两种情况下,交流感应电机和无刷直流电机,我们谈论的是绕定子而不是永磁体的电机。这使它们成为“通用电机”

在电机中缠绕定子的一个优点是可以制造出在交流或直流上运行的电机,即所谓的通用电机。

但是,绕组略有不同。设计用于交流的电机采用正弦绕组,而设计用于直流的电机采用梯形绕组多年来困扰我的事情是我找不到显示差异的简化图表。如果给我一个电机的定子,我将不知道它是正弦绕组还是梯形绕组。我知道区分的唯一方法是通过将钻头连接到轴并查看反电动势来反向驱动电机。如上图所示,您将看到一个漂亮的正弦波或更多梯形。正如我上面所说,使用不正确类型的驱动器会导致轻微的性能下降,但它会在其他方面发挥作用。

通常情况下,无刷直流电机的转子上装有永磁体。虽然这与鼠笼式电机有所不同,但只要定子是绕线定子而不是永磁定子(如有刷直流电机所示),两种设计本质上都是“通用电机”:

PM 与鼠笼式

上图的永磁体侧显示了一个两极电机。极数控制转矩脉动。极数越多,扭矩曲线越平滑。但是从交流与直流的角度来看,极数没有区别。

定子绕组的连接,三角形与星形,也不影响驱动方法。事实上,你可以在它运行时在两者之间切换:

三角星转换

不同之处在于,delta 会消耗更多电流,因此会产生更大的扭矩。有关电流与扭矩或电压与速度的关系的更多信息,请参阅我对这个 EE.SE 问题的回答。

我回答这个问题有点晚了,我还不能直接回复上面的 embedded.kyle,但我想纠正上面给出的一些错误信息。我的专长是电机,而不是控制,顺便说一句。

1) “通用电机”与 BLDC 或感应电机完全不同。通用电机具有绕线定子和电枢,并具有电刷。仅仅因为定子缠绕并不能使其成为通用电机......关于通用电机的链接 embedded.kyle 只是将它们与 PMDC 有刷电机进行比较。

2) BLDC 电机的转子上总是有磁铁。正如我上面所说,它们从未被称为通用电机。通用电机是完全不同的野兽。

3)关于梯形和正弦,没有标准的方式来缠绕感应电机和无刷电机(我不喜欢术语“正弦缠绕”和“梯形缠绕”,原因我将在下面解释)。通常,感应电机设计人员会尝试产生气隙 MMF 和正弦磁通。这通常通过所谓的“分布式”绕组来完成。所有这一切意味着,你有多个匝数不同的线圈来近似正弦曲线,而不是匝数为 T 的线圈。

正如embedded.kyle 所提到的,无刷电机可以具有看起来更正弦或看起来更梯形的反电动势。但是,您永远不会得到纯粹的正弦或梯形反电动势......电机的设计和制造方式可以防止这种情况发生。它总是介于两者之间。反电动势的形状由许多因素决定——它的缠绕方式、定子齿与转子磁铁的比例、叠片齿的形状、转子磁铁的形状等。这就是我不喜欢这些术语的原因“正弦缠绕”和“梯形缠绕” - 反电动势取决于其他因素,而不是它的缠绕方式。您可以使用“梯形”驱动或“正弦”驱动来驱动任何无刷电机。一般来说(但这不是普遍的),如果您的电机具有或多或少的陷波反电动势,并且旨在与陷波驱动器配对,则电机制造商会将其称为 BLDC 电机。同样,如果您的电机具有或多或少的正弦反电动势,并且旨在与正弦驱动器配对,则电机制造商会将其称为 BLAC 电机。但是这些类型的电机中的任何一种都可以与任何一种驱动器一起运行。

4) 10 月 23 日 19:06 指向的链接 embedded.kyle 没有显示正弦绕组和陷波绕组之间的区别。我可能也会在那里发表评论,但这两者之间的区别在于一个是搭接绕组,一个是同心绕组。

根据维基百科,无刷直流电机是永磁同步交流电机,集成了逆变器和整流器、传感器和逆变器控制电子设备。我对交流电机不太熟悉,但我认为从功能的角度来看,无刷直流电机最好归类为交流电机的子集。

在应用程序方面也可能存在一些其他差异。例如,步进电机和无刷直流电机之间的区别通常是预期的应用,而伺服电机是指带有集成旋转位置传感器的电机(通常但不总是有刷直流电机)。

我对上面的一些答案有点困惑,因为有些答案是对的,也是错的。我没有专业知识!. 也就是说:旋转电动机可能

  1. 具有内部或外部定子,因此具有外部或内部转子
  2. 在定子或转子上都有永磁体,或在两者上都有线圈
  3. Roto 电子换向使用传感器与旋转同相换向。情况 a) 和 b) 非常相似,区别在于换向。从 a) 反转定子和转子,因此内部线圈定子和外部磁转子,并将机械换向更改为 roto 电子,我们到达了另一个版本的无刷电机,例如用于软盘驱动器。我没有检查磁阻电机。