目录
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1 有刷与无刷比较
2 交流与直流比较
3 内转子与外转子比较
4 Delta型与Y型定子绕向比较
5 低压BLDC的一些优点
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- 维基百科直流无刷电动机
- 广州大学《机电一体化》课程视频无刷直流电动机的特点、结构、原理和控制
- 德州仪器培训视频深入理解无刷直流电机(BLDC)原理以及控制
1 有刷与无刷比较
与有刷直流电机相比,无刷电机具有多项优势:高扭重比(torque to weight ratio)、更大的每瓦扭矩、高可靠性、低噪音、通过消除电刷和换向器侵蚀来延长使用寿命、消除换向器火花,以及全面减少的电磁干扰(EMI)。由于转子上没有绕组,因此它们不会受到离心力的影响,并且由于绕组由外壳支撑,因此可以直接传导冷却,而不需要通过电机内部的气流进行冷却。这反过来意味着电机的内部可以完全封闭,以防止灰尘或其他异物进入。
特性 | BLDC电机 | 有刷直流电机 |
换向 | 根据霍尔位置传感器进行电子换向 | 采用电刷换向 |
维护 | 由于无电刷而较少需要 | 需要定期维护 |
寿命 | 较长 | 较短 |
转速/转矩特性 | 平坦(在负载额定的条件下,可在所有转速下正常 工作) | 中等平坦(转速较高时,电刷摩擦增加,因此减少了有用转矩) |
效率 | 高(没有电刷两端的压降) | 中等 |
输出功率/体积 | 高(由于出众的散热特性而缩小了体积。由于BLDC电机将绕组放在了连接至电机外壳的定子上,因而散热更好) | 中等/低(电枢产生的热量散发到气隙中,这使气隙中的温度升高,限制了输出功率/体积规范) |
转子惯性 | 小,因为转子上有永磁体,这改进了动态响应 | 较大的转子惯性限制了动态特性 |
转速范围 | 较高(无电刷/换向器施加的机械限制) | 较低(有电刷的机械限制) |
产生的电子干扰 | 低 | 电刷中的电弧会对附近设备产生电磁干扰 |
制造成本 | 较高(由于其中有永磁体,制造成本较高) | 低 |
控制成本 | 复杂且昂贵 | 简单且便宜 |
控制要求 | 要保持电机运转,始终需要控制器。可使用这一控制器控制转速 | 固定转速不需要控制器,只有需要改变转速时才需要控制器 |
2 交流与直流比较
特性 | BLDC电机 | 交流感应电机 |
---|---|---|
转速/转矩特性 | 特性曲线平坦,在负载额定的条件,可在所有转速下正常工作。 | 特性曲线非线性,低转速下转矩也低。 |
输出功率/体积 | 功率密度高,由于转子采用永磁体,体积较小 | 功率密度中等,由于定子和转子都有绕组,输出功率与体积之比低于BLDC。 |
转子惯性 | 惯性小,动态特性较佳 | 惯性大,动态特性较差 |
起动电流 | 额定值,无需专门的启动电路。 | 大约是额定值的7倍,应谨慎选择合适的启动电路。通常使用星型-三角形启动器。 |
控制要求 | 要保持电机运转,始终需要控制器。还可使用这一控制器控制转速。 | 固定转速不需要控制器,只有需要改变转速时才需要控制器。 |
差频 | 定子和转子磁场的频率相等 | 转子运行频率低于定子磁场。差频随着电机负载的增大而增加。 |
3 内转子与外转子比较
就BLDC自身结构而言,可分为内转子和外转子两种:
-rotor:转子;stator:定子;permanent magnet:永磁体;coil windings:线圈绕组;bearing:轴-
内转子电机的优势在于转子的转动惯量低,散热非常快,在大多数工业应用中广泛使用。外转子电机的定子位于内侧,转子包括一个能够旋转外壳,磁体安装在外壳上,定子发热线圈与环境隔绝,散热相对较慢。由于转子的转动惯量转矩很大且很难控制转子外壳的平衡,所以外转子电机不适用于旋转速度很高的模式。但外转子电机可以拥有更短的结构并通常具备更小的停转转矩,而由于在相同的磁力下,它的转子直径更大,因此其转矩也更大。
4 Delta型与Y型定子绕向比较
Delta型绕组电机在低速时提供低扭矩(Lower torque at low speed),但可以提供更高的最高速度(Higher top speed);Y型绕组在低速时可提供高扭矩(Higher torque at low speed),但最高速度不高(Lower top speed)。Delta型绕组结构允许含有奇次谐波电流在电机内循环,而Y型绕组并不包含寄生电流可流动的闭环结构(Immune to parasitic currents),从而防止额外损耗,故Y型绕组效率更高。除了Y型绕组较高阻抗外,从控制器的角度来看,不管是Y型还是Delta型连接,电机的驱动方式都是一样的。
5 低压BLDC的一些优点
- 集成电路功能集成: 板载小型封装、低导通电阻功率 MOSFET、电流检测放大器、温度传感器、集成 DC-DC、LDO 甚至电机控制器;
- 保护功能: 逐周期过流保护、过热保护、失速检测、自动重启等;
- 更安全:低电压运行;
- 更易制造:电机尺寸更小,需要工艺技术较低的,节省成本;
- 通用电压工作范围: 由于电机额定电压为 24V,同样的解决方案可用于 110V / 220V 线电压产品,满足全球各地的需求。