笔者的理解中,应该说无刷直流电动机和永磁同步电动机的差别真的很难说,有时候取决于应用。传统的说法是他们的反电动势不同,直流同步电动机接近于方波,永磁同步电动机接近于正弦波。从控制方面来说,无刷直流电动机一般使用6节拍的方波驱动,控制方波的相位和导通时间;永磁同步电动机采用磁定向控制。性能上来说,无刷直流电动机的输出功率密度会大些,因为无刷直流电动机的转矩充分利用了谐波,也正因如此无刷直流电动机的谐波会严重些。
②本体区别
无刷直流电动机的电动机本体:定子绕组为集中绕组,永磁转子形成方波磁场;永磁同步电动机的电动机本体:定子绕组为分布绕组,永磁转子形成正弦磁场。
③传感器的区别
无刷直流电动机的位置传感器:低分辨率,60度分辨率,霍尔元件,电磁式、光 式;永磁同步电动机的位置传感器:高分辨率,1/256,1/1024,旋转变压器,光码盘。
④控制的不同
无刷直流电动机:120度方波电流,采用pWM控制;永磁同步电动机:正弦波电流,采用SPWM(逆变原理及控制方法)及SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制。无刷直流电动机磁钢为方波充磁,控制电压PWM也为方波,电流也为方波,一个电周期有6个空间矢量。控制简单,成本低,一般的MCU(微控制单元)就可以实现。永磁同步电动机:磁钢为正弦波充磁,反电动势也为正弦波,电流也为正弦波。一般采用矢量控制技术,一个电周期一般最少会有18个矢量(当然越多越好),需要高性能的MCU或DSP才能实现。
⑤总结
上述讨论可以概括为以下结论。
传感器的不同:无刷直流电动机为位置传感器,如霍尔等;永磁同步电动机为速度和位置传感器,如旋转变压器、光电编码器等。
反电势波形不同:无刷直流电动机为近似梯形波(理想状态);永磁同步电动机为正弦波(理想状态)。
三相电流波形不同:无刷直流电动机为近似方波或梯形波(理想状态);永磁同步电动机为正弦波(理想状态)。
控制系统的区别:无刷直流电动机通常包括位置控制器、速度控制器和电流(转矩)控制器;永磁同步电动机根据控制策略的不同会有不同的控制系统。
设计原理与方法上的区别:无刷直流电动机尽量拓宽反电势波形的宽度(使之近似为梯行波);永磁同步电动机使反电势接近于正弦波。体现在设计上主要是定子绕组、转子结构(如极弧系数)上的区别。
2.交流异步电动机
一款产品或者一种技术得到广泛应用的原因一定离不开成本和功能这两方面的平衡,交流异步电动机在
电动汽车领域的普及就能说明这一点。交流异步电动机的拥夏者中除了国内大多数厂商推出的
电动汽车产品外,还包括在
电动汽车阵营中独树一帜的特斯拉Model S。在技术方面,交流异步电动机为什么能够得到普及呢?
交流异步电动机也可被归纳到交流电动机范畴。变频调速是电动机首先要具备的功能,因为,纯
电动汽车的车轮由电动机和差速器组成的传动机构进行驱动,电动机本身的转速范围即可满足车辆的行驶需要。因此,从技术结构来看,变速器不再是整个动力系统的必要装置,但是,在变频调速的性能方面,还是对电动机提出了较高的要求,另外,倒车也是日常驾驶时经常遇到的问题,所以,还需要电动机能够自如地在正反转状态间切换。图7所示为交流异步电动机结构示意图。
交流异步电动机具备变频调速的能力,其效果相当于我们所理解的装配有无级变速器的车辆,在加速时发动机转速与车速为线性对应关系。而上面提到的倒车问题,交流异步电动机也可轻易通过自身正反转的切换给予满足。
交流异步电动机实现动能回收也更为容易。车辆滑行或制动时,车轮反拖电动机转动,在这个工况下,电动机可进行发电并将电能回收到电池中,以此延长车辆的续航里程。
交流异步电动机在功能上能够满足
电动汽车的技术需求,但其自身结构并不复杂,具有坚固耐用、工作状态稳定、成本易控等优势。
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