無刷電機無需使用電機電刷,因而廣泛用于當(dāng)今的許多應(yīng)用中。
轉(zhuǎn)子在每次換向時都會繼續(xù)跟隨定子轉(zhuǎn)動,所以電機能夠持續(xù)運轉(zhuǎn)。然而,這兩種直流電機的定子繞組采用不同的幾何形狀,因此可產(chǎn)生不同的反電動勢 (BEMF) 響應(yīng)。BLDC BEFM 為梯形。PMSM 電機的 BEMF 則為正弦曲線形,因此線圈繞組以正弦方式纏繞。為大限度地提高性能,這些電極通常采用正弦波換向。
BLDC 和 PMSM 電機(圖 1)在運行時通過其繞組產(chǎn)生電動勢。在任何電機中,由于運動,產(chǎn)生的 EMF 稱為反電動勢 (BEMF),這是因為無刷電機電機中感應(yīng)的電動勢與發(fā)電機的電動勢相反。
為實現(xiàn)控制 PMSM 電機的正弦波形,需要使用磁場定向控制 (FOC) 算法。FOC 通常用于大限度地提高 PMSM 三相電機的效率。與 BLDC 的梯形控制器相比,PMSM 的正弦控制器更為復(fù)雜,成本也更高。然而,無刷電機成本的增加也帶來了一些優(yōu)勢,如減少了電流波形中的噪聲和諧波。BLDC 的主要優(yōu)勢是更易于控制。建議根據(jù)應(yīng)用需求來選擇電機。
BLDC 和 PMSM 電機可帶傳感器,也可不帶傳感器。帶傳感器的電機(圖 2)適用于需要在負(fù)載條件下起動電機的應(yīng)用。這些電機使用霍爾傳感器,傳感器嵌入電極定子中。從本質(zhì)上說,傳感器就是一種開關(guān),其數(shù)字輸出等同于檢測到的磁場極性。電機的每個相都需要使用一個單獨的霍爾傳感器。無刷電機三相電機需要三個霍爾傳感器。不帶傳感器的電機需要將電機用作傳感器,采用算法來運行。它們依賴于 BEMF 信息。通過對 BEMF 進行采樣,可推斷出轉(zhuǎn)子的位置,從而無需使用基于硬件的傳感器。無論電機的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何,控制這些電機需要了解轉(zhuǎn)子位置,這樣電機才能有效換向。
如今,無刷電機計算機程序之類的軟件算法(為執(zhí)行具體任務(wù)而設(shè)計的一組指令)開始用于控制 BLDC 和 PMSM 電機。這些軟件算法通過監(jiān)控電機運行來提高電機效率,降低運行成本。算法中的一些主要功能包括電機初始化、霍爾傳感器位置檢測以及用于提高或降低電流基準(zhǔn)的開關(guān)信號檢查。