【无刷电机学习】各种电机优势比较

news2024/10/6 0:26:04

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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。