一文了解BLDC與PMSM的區別

現代電機與控制技術(shù)以電流驅動(dòng)模式的不同將永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機分為兩大類(lèi)：

1）方波驅動(dòng)電機，也即無(wú)刷直流電機（BLDC）；

2)正弦波驅動(dòng)電機：也即永磁同步電機（PMSM）。

表面來(lái)看，BLDC和PMSM的基本結構是相同的：

1）它們的電動(dòng)機都是永磁電動(dòng)機，轉子由永磁體組成基本結構，定子安放有多相交流繞組；

2）都是由永久磁鐵轉子和定子的交流電流相互作用產(chǎn)生電機的轉矩；

3）在繞組中的定子電流必須與轉子位置反饋同步；

4）轉子位置反饋信號可以來(lái)自轉子位置傳感器，或者像在一些無(wú)傳感器控制方式那樣通過(guò)檢側電機相繞組的反電動(dòng)勢等方法得到。

雖然在永磁同步電動(dòng)機和無(wú)刷直流電動(dòng)機的基本架構相同，但它們因驅動(dòng)方式不同，是的其在設計和控制細節上存在明顯的區別。

1）反電勢不同， PMSM具有正弦波反電勢，而BLDC具有梯形波反電勢；

2）定子繞組分布不同， PMSM采用短距分布繞組，有時(shí)也采用分數槽或正弦繞組，以進(jìn)一步減小紋波轉矩；而B(niǎo)LDC采用整距集中繞組。

3）運行電流不同，為產(chǎn)生恒定電磁轉矩，PMSM為正弦波定子電流；BLDC為矩形波電流。

4）永磁體形狀不同， PMSM永磁體形狀呈拋物線(xiàn)形，在氣隙中產(chǎn)生的磁密盡量呈正弦波分布；BLDC永磁體形狀呈瓦片形，在氣隙中產(chǎn)生的磁密呈梯形波分布。

5）運行方式不同， PMSM采用三相同時(shí)工作，每相電流相差120°電角度，要求有位置傳感器。BLDC采用繞組兩兩導通，每相導通120°電角度，每60°電角度換相，只需要換相點(diǎn)位置檢測。正是這些不同之處，使得在對PMSM和BLDCM的控制方法、控制策略和控制電路上有很大差別。

因設計上和控制上存在區別，導致PMSM和BLDC特性也不同，性能對比如下：

1 轉矩波動(dòng)

轉矩脈動(dòng)是機電伺服系統的最大問(wèn)題, 它直接影響精確的位置控制和高性能的速度控制很困難。在高速情況下， 轉子慣量可以過(guò)濾掉轉矩波動(dòng)。但在低速和直接驅動(dòng)應用場(chǎng)合， 轉矩波動(dòng)將嚴重影響系統性能， 將使系統的精度和重復性惡化。而空間精密機電伺服系統絕大多數工作在低速場(chǎng)合，因此電機轉矩脈動(dòng)問(wèn)題是影響系統性能的關(guān)鍵因素之一。PMSM和BLDCM都存在轉矩脈動(dòng)問(wèn)題。轉矩脈動(dòng)主要有以下幾個(gè)原因造成：齒槽效應和磁通畸變、電流換相引起的轉矩及機械加工制造引起的轉矩。

2 功率密度

在機器人和空間作動(dòng)器等高性能指標應用場(chǎng)合， 對于給定的輸出功率， 要求電機重量越小越好。功率密度受電機散熱能力即電機定子表面積的限制。對于永磁電機， 絕大多數的功率損耗產(chǎn)生在定子， 包括銅耗、渦流損耗和磁滯損耗， 而轉子損耗經(jīng)常被忽略。所以對于一個(gè)給定的結構尺寸，電機損耗越小，允許的功率密度就越高。參考《永磁無(wú)刷直流電機技術(shù)》，知在相同的尺寸下， BDLC與PMSM相比，可以多提供15%的功率輸出。如果鐵耗也相同，BDLC的功率密度比PMSM可提高15%。

3 轉矩慣量比

轉矩慣量比指的是電機本身所能提供的最大加速度。因為BDLC可以比PMSM多提供15%的輸出功率， 所以它可獲得被PMSM多15%的電磁轉矩。如果BDLC和PMSM具有相同速度，它們的轉子轉動(dòng)慣量也相同，那么BDLC的轉矩慣量比要比PMSM大15%。

4 傳感器方面

（1)轉子位置檢測：BLDC中每一時(shí)刻只有兩相繞組導通， 每相導通120°電角度， 只要正確檢測出這些換相點(diǎn)， 就能保證電機正常運行， 通常使用3個(gè)霍爾傳感器。在PMSM中，需要正弦波電流，電機工作時(shí)所有三相繞組同時(shí)導通， 需要連續的位置傳感器， 最常見(jiàn)的是精度很高的編碼器。

（2)電流檢測：對于三相電動(dòng)機而言，為了控制繞組電流，需要得到三相電流信息。通常采用兩個(gè)電流傳感器，因為三相電流之和為0。對于一些簡(jiǎn)易型無(wú)刷直流電機控制系統鐘，可只采用一個(gè)電流傳感器來(lái)檢測母線(xiàn)的電流來(lái)降低成本。