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Comparación y análisis de motores de corriente continua sin escobillas de imán permanente y motores síncronos de imán permanente
Comparación y análisis de motores de corriente continua sin escobillas de imán permanente y motores síncronos de imán permanente
Tiempo de liberación：2022-10-27
Los motores de corriente continua sin escobillas de imán permanente y los motores síncronos de imán permanente utilizan materiales prácticamente idénticos; la principal diferencia radica en el diseño.
Los materiales utilizados en los motores de corriente continua sin escobillas y los motores síncronos de imanes permanentes son prácticamente los mismos; la diferencia radica principalmente en el diseño. En el diseño de un motor de corriente continua sin escobillas, el campo magnético del entrehierro es una onda cuadrada (onda trapezoidal), y cuanto más plana sea la parte superior, mejor. Por lo tanto, en la selección del número de polos, generalmente se elige un devanado de polos concentrados de ranuras enteras, como 4 polos y 12 ranuras, y los imanes suelen ser anillos sectoriales concéntricos con magnetización radial. Además, generalmente se instala un sensor Hall para detectar la posición y la velocidad, y el método de accionamiento suele ser un accionamiento de onda cuadrada de seis pasos, utilizado en aplicaciones donde los requisitos de posición no son muy estrictos; mientras que el motor síncrono de imanes permanentes tiene un entrehierro sinusoidal, cuanto más sinusoidal, mejor. Por lo tanto, en la selección del número de polos, se elige un devanado de ranuras fraccionarias, como 4 polos y 15 ranuras, 10 polos y 12 ranuras, etc. Los imanes suelen tener forma de pan y se magnetizan en paralelo. Los sensores suelen ser codificadores incrementales, transformadores rotativos, codificadores absolutos, etc. El método de accionamiento suele ser un accionamiento sinusoidal, como el algoritmo FOC. Se utiliza en aplicaciones de servomecanismo.
Puede distinguirlos por su estructura interna, sensores, accionamiento y aplicación. Estos motores también se pueden intercambiar, aunque esto puede reducir el rendimiento. Para la mayoría de los motores de imanes permanentes con una forma de onda de entrehierro intermedia entre ambos, lo principal es el método de accionamiento.
En los motores de corriente continua sin escobillas, los polos del rotor suelen utilizar imanes de tipo cuña. Mediante el diseño del circuito magnético, se puede obtener una densidad de flujo magnético trapezoidal en el entrehierro, y el devanado del estator suele ser un devanado concentrado de paso entero, por lo que la fuerza contraelectromotriz inducida también es trapezoidal. El control del motor de corriente continua sin escobillas requiere retroalimentación de información de posición, por lo que debe tener un sensor de posición o utilizar una técnica de estimación sin sensor de posición para formar un sistema de control de velocidad automático. Al controlar, la corriente de cada fase también se controla para que sea una onda cuadrada, y la tensión de salida del inversor se puede controlar mediante el método PWM del motor de corriente continua con escobillas. En esencia, el motor de corriente continua sin escobillas también es un motor síncrono de imanes permanentes, y el control de velocidad también pertenece al ámbito del control de velocidad de frecuencia variable.
El motor síncrono de imanes permanentes suele tener un devanado trifásico distribuido en el estator y un rotor de imanes permanentes. La estructura del circuito magnético y la distribución del devanado garantizan que la forma de onda de la fuerza electromotriz inducida sea sinusoidal, y la tensión y la corriente del estator también deben ser sinusoidales, generalmente proporcionadas por un variador de frecuencia variable de CA. El sistema de control del motor síncrono de imanes permanentes suele ser automático y también necesita información de retroalimentación de posición, pudiendo utilizar estrategias de control avanzadas como el control vectorial (control de orientación de campo) o el control directo de par.
La diferencia entre ambos se puede considerar como una diferencia de concepto de diseño debida al control de onda cuadrada y sinusoidal.
Por último, se corrige un concepto: la "conmutación de frecuencia de CC" es en realidad una conmutación de frecuencia de CA, aunque el objeto de control suele denominarse "motor de CC sin escobillas".
En mi opinión, la diferencia entre BLDC y PMSM es difícil de decir, a veces depende de la aplicación. Tradicionalmente, se dice que sus fuerzas contraelectromotrices son diferentes: la BLDC es cercana a una onda cuadrada, mientras que la PMSM es cercana a una onda sinusoidal. En cuanto al control, la BLDC suele utilizar un accionamiento de onda cuadrada de 6 pasos, controlando la fase y el tiempo de conducción de la onda cuadrada, mientras que la PMSM utiliza FOC. En cuanto al rendimiento, la densidad de potencia de salida de la BLDC es mayor, ya que el par de la BLDC utiliza plenamente los armónicos, por lo que los armónicos de la BLDC son más graves.
1. Cuerpo del motor del motor de CC sin escobillas:
El devanado del estator es un devanado concentrado, y el rotor de imanes permanentes forma un campo magnético de onda cuadrada; Cuerpo del motor del motor síncrono de imanes permanentes: El devanado del estator es un devanado distribuido, y el rotor de imanes permanentes forma un campo magnético sinusoidal;
2. Sensor de posición del motor de CC sin escobillas:
Baja resolución, resolución de 60 grados, elemento Hall, electromagnético, fotoeléctrico; Sensor de posición del motor síncrono de imanes permanentes: Alta resolución, 1/256, 1/1024, transformador rotativo, codificador óptico;
3. Diferente control:
Motor de CC sin escobillas: Corriente de onda cuadrada de 120 grados, control PWM;
Motor síncrono de imanes permanentes: Corriente sinusoidal, control SPWM SVPWM.
Motor de CC sin escobillas: El imán permanente tiene una magnetización de onda cuadrada, la tensión de control PWM también es de onda cuadrada, y la corriente también es de onda cuadrada. Un ciclo eléctrico tiene 6 vectores espaciales. Control simple, bajo coste, se puede implementar con una MCU normal.
Motor síncrono de imanes permanentes: El imán permanente tiene una magnetización sinusoidal, la fuerza contraelectromotriz también es sinusoidal, y la corriente también es sinusoidal. Generalmente se utiliza la técnica de control vectorial, un ciclo eléctrico suele tener al menos 18 vectores (cuantos más, mejor), y se necesita una MCU o DSP de alto rendimiento para su implementación.
Servomotor de CC: Este rango es muy amplio. Un servomotor de CC, bajo el control de un sistema de control, realiza acciones según las instrucciones de control (velocidad, posición, ángulo, etc.), generalmente utilizado en mecanismos de accionamiento.
I. Diferentes sensores:
Motor de CC sin escobillas (BLDC): Sensor de posición, como Hall;
Motor síncrono de imanes permanentes (PMSM): Sensor de velocidad y posición, como transformador rotativo, codificador fotoeléctrico;
II. Diferente forma de onda de contraelectromotriz:
BLDC: Onda trapezoidal aproximada (estado ideal);
PMSM: Onda sinusoidal (estado ideal)
III. Diferente forma de onda de corriente trifásica:
BLDC: Onda cuadrada o trapezoidal aproximada (estado ideal);
PMSM: Onda sinusoidal (estado ideal)
IV. Diferencia en el sistema de control:
BLDC: Normalmente incluye un controlador de posición, un controlador de velocidad y un controlador de corriente (par);
PMSM: Las diferentes estrategias de control tendrán diferentes sistemas de control;
V. Diferencia en los principios y métodos de diseño:
BLDC: Ampliar al máximo el ancho de la forma de onda de la fuerza contraelectromotriz (para que sea aproximadamente trapezoidal);
PMSM: Hacer que la fuerza contraelectromotriz se aproxime a una onda sinusoidal;
Esto se refleja en el diseño principalmente en las diferencias en el devanado del estator y la estructura del rotor (como el coeficiente de arco polar).
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