無(wú)刷電機(jī)無(wú)需使用電機(jī)電刷,因而廣泛用于當(dāng)今的許多應(yīng)用中。
轉(zhuǎn)子在每次換向時(shí)都會(huì)繼續(xù)跟隨定子轉(zhuǎn)動(dòng),所以電機(jī)能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。然而,這兩種直流電機(jī)的定子繞組采用不同的幾何形狀,因此可產(chǎn)生不同的反電動(dòng)勢(shì) (BEMF) 響應(yīng)。BLDC BEFM 為梯形。PMSM 電機(jī)的 BEMF 則為正弦曲線形,因此線圈繞組以正弦方式纏繞。為大限度地提高性能,這些電極通常采用正弦波換向。
BLDC 和 PMSM 電機(jī)(圖 1)在運(yùn)行時(shí)通過(guò)其繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在任何電機(jī)中,由于運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的 EMF 稱為反電動(dòng)勢(shì) (BEMF),這是因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)電機(jī)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相反。
為實(shí)現(xiàn)控制 PMSM 電機(jī)的正弦波形,需要使用磁場(chǎng)定向控制 (FOC) 算法。FOC 通常用于大限度地提高 PMSM 三相電機(jī)的效率。與 BLDC 的梯形控制器相比,PMSM 的正弦控制器更為復(fù)雜,成本也更高。然而,無(wú)刷電機(jī)成本的增加也帶來(lái)了一些優(yōu)勢(shì),如減少了電流波形中的噪聲和諧波。BLDC 的主要優(yōu)勢(shì)是更易于控制。建議根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)選擇電機(jī)。
BLDC 和 PMSM 電機(jī)可帶傳感器,也可不帶傳感器。帶傳感器的電機(jī)(圖 2)適用于需要在負(fù)載條件下起動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用。這些電機(jī)使用霍爾傳感器,傳感器嵌入電極定子中。從本質(zhì)上說(shuō),傳感器就是一種開關(guān),其數(shù)字輸出等同于檢測(cè)到的磁場(chǎng)極性。電機(jī)的每個(gè)相都需要使用一個(gè)單獨(dú)的霍爾傳感器。無(wú)刷電機(jī)三相電機(jī)需要三個(gè)霍爾傳感器。不帶傳感器的電機(jī)需要將電機(jī)用作傳感器,采用算法來(lái)運(yùn)行。它們依賴于 BEMF 信息。通過(guò)對(duì) BEMF 進(jìn)行采樣,可推斷出轉(zhuǎn)子的位置,從而無(wú)需使用基于硬件的傳感器。無(wú)論電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何,控制這些電機(jī)需要了解轉(zhuǎn)子位置,這樣電機(jī)才能有效換向。
如今,無(wú)刷電機(jī)計(jì)算機(jī)程序之類的軟件算法(為執(zhí)行具體任務(wù)而設(shè)計(jì)的一組指令)開始用于控制 BLDC 和 PMSM 電機(jī)。這些軟件算法通過(guò)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行來(lái)提高電機(jī)效率,降低運(yùn)行成本。算法中的一些主要功能包括電機(jī)初始化、霍爾傳感器位置檢測(cè)以及用于提高或降低電流基準(zhǔn)的開關(guān)信號(hào)檢查。