BLDC方波控制與PMSM正弦波控制的區(qū)別

現(xiàn)代電機(jī)與控制技術(shù)以電流驅(qū)動(dòng)模式的不同將永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)分為兩大類：

1）方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)，也即無刷直流電機(jī)（BLDC）；

2)正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)：也即永磁同步電機(jī)（PMSM）。

表面來看，BLDC和PMSM的基本結(jié)構(gòu)是相同的：

1）它們的電動(dòng)機(jī)都是永磁電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子由永磁體組成基本結(jié)構(gòu)，定子安放有多相交流繞組；

2）都是由永久磁鐵轉(zhuǎn)子和定子的交流電流相互作用產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；

3）在繞組中的定子電流必須與轉(zhuǎn)子位置反饋同步；

4）轉(zhuǎn)子位置反饋信號(hào)可以來自轉(zhuǎn)子位置傳感器，或者像在一些無傳感器控制方式那樣通過檢側(cè)電機(jī)相繞組的反電動(dòng)勢(shì)等方法得到。

雖然在永磁同步電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本架構(gòu)相同，但它們因驅(qū)動(dòng)方式不同，是的其在設(shè)計(jì)和控制細(xì)節(jié)上存在明顯的區(qū)別。

1）反電勢(shì)不同， PMSM具有正弦波反電勢(shì)，而BLDC具有梯形波反電勢(shì)；

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?jǐn)?shù)槽或正弦繞組，以進(jìn)一步減小紋波轉(zhuǎn)矩；而BLDC采用整距集中繞組。

3）運(yùn)行電流不同，為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)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(yùn)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(dǎo)通，每相導(dǎo)通120°電角度，每60°電角度換相，只需要換相點(diǎn)位置檢測(cè)。正是這些不同之處，使得在對(duì)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(shè)計(jì)上和控制上存在區(qū)別，導(dǎo)致PMSM和BLDC特性也不同，性能對(duì)比如下：

1；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是機(jī)電伺服系統(tǒng)的最大問題, 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(zhuǎn)子慣量可以過濾掉轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。但在低速和直接驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合， 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能， 將使系統(tǒng)的精度和重復(fù)性惡化。而空間精密機(jī)電伺服系統(tǒng)絕大多數(shù)工作在低速場(chǎng)合，因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。PMSM和BLDCM都存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要有以下幾個(gè)原因造成：齒槽效應(yīng)和磁通畸變、電流換相引起的轉(zhuǎn)矩及機(jī)械加工制造引起的轉(zhuǎn)矩。

2；功率密度

在機(jī)器人和空間作動(dòng)器等高性能指標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合， 對(duì)于給定的輸出功率， 要求電機(jī)重量越小越好。功率密度受電機(jī)散熱能力即電機(jī)定子表面積的限制。對(duì)于永磁電機(jī)， 絕大多數(shù)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(zhuǎn)子損耗經(jīng)常被忽略。所以對(duì)于一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)尺寸，電機(jī)損耗越小，允許的功率密度就越高。參考《永磁無刷直流電機(jī)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(zhuǎn)矩慣量比

轉(zhuǎn)矩慣量比指的是電機(jī)本身所能提供的最大加速度。因?yàn)锽DLC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(zhuǎn)矩。如果BDLC和PMSM具有相同速度，它們的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相同，那么BDLC的轉(zhuǎn)矩慣量比要比PMSM大15%。

4；傳感器方面

1)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)：BLDC中每一時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通， 每相導(dǎo)通120°電角度， 只要正確檢測(cè)出這些換相點(diǎn)， 就能保證電機(jī)正常運(yùn)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(jī)工作時(shí)所有三相繞組同時(shí)導(dǎo)通， 需要連續(xù)的位置傳感器， 最常見的是精度很高的編碼器。

（2)電流檢測(cè)：對(duì)于三相電動(dòng)機(jī)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?yàn)槿嚯娏髦蜑?。對(duì)于一些簡(jiǎn)易型無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)鐘，可只采用一個(gè)電流傳感器來檢測(cè)母線的電流來降低成本。