直流无刷电机与永磁同步电机的比较
无刷直流电机与开关磁阻电机进行比较有哪些不同点？
无刷直流电机与开关磁阻电机进行比较有哪些不同点？
无刷直流电机与开关磁阻电机进行比较，他们主要有以下几点不同：
1．无刷直流电机转子上嵌有高性能永磁材料，产生用于电机做工的主磁场，电机运转时不用从电网中吸收电能励磁，而开关磁阻电机转子上没有永磁体，电机需要从电网中吸收电能励磁，产生主磁场，造成能量消耗，因而无刷直流电机节能效果好。
2．无刷直流电机定子采用多槽结构，转子磁场与转子磁场几乎同步运转，电机运转平稳性好，震动小；开关磁阻电机定转子均开有少数的齿槽，电机转动时齿槽效应较大，电机震动较大、噪声大。
3．无刷直流电机永磁转子磁场强度高，在电机启动时很小的电流就能长生足够大的转矩，这是其它任何形式的电机所不能比拟的；开关磁阻电机的转矩来自于磁阻效应，起动转矩远不如无刷直流电机大。
4．因无刷直流电机转子上具有超强的磁场，在需要能量反馈的场合，如车辆新型刹车和下坡滑行时，该电动机马上变为发电机给电瓶充电，而不需要任何励磁电流，反馈性能优良；开关磁阻电机转子上既无磁钢又无可加励磁电流的线圈，只能靠磁阻效应发电，反馈性能很差。
5．开关磁阻电机转子既没有任何线圈或磁钢，电机本身的可靠性较高，电机成本较低。
综上所述无刷直流电机与开关磁阻电机相比具有以下特点：
☆电机转速平稳、振动小，增加系统可靠性。
☆系统效率提高20%以上，能使电网品质因数极大提高。
☆启动转矩大、启动电流小。
☆制动性能好，制动电流小。
☆回馈性能好，回馈线路简单。
☆成本较高、本身可靠性稍低。
maxwell软件- 调速永磁同步电机
13调速永磁同步电机在用户已经掌握RMxprt 基本使用的前提下，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。
有关RMxprt 的详细介绍请参考第一部分的章节。
13.1基本原理调速永磁同步电机的转子转速是通过调节输入电压的频率来控制的。
与标准的直流无刷电机不同，这种电机不需要位置传感器。
永磁同步电机的转子上安装永磁体（有内转子与外转子之分），定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。
永磁同步电机既可用作发电机，也可用作电动机。
当电机工作在电动状态时，定子多相绕组可由正弦交流电源供电或由直流电源经DC/AC 变换来供电。
当电机工作在发电状态时，定子多相绕组为负载提供交流电源。
13.1.1 定子绕组正弦交流电源供电永磁同步电机分析方法与三相凸极同步电机相同，电机既可工作在发电状态也可工作在电动状态，通常采用频域矢量图来分析电机的特性。
电机发电状态矢量图如图13.1a ，电机电动状态矢量图如图13.1b 。
发电机b. 电动机图13.1 同步电机相量图图13.1中，R 1、X d 、X q 分别为定子电枢的电阻、d 轴同步电抗和q 轴同步电抗。
aq1q ad 1d X X X X X X +=+=(13.1)上式中，X 1为电枢绕组漏电抗，X ad 和X aq 分别为d 轴电枢反应电抗和q 轴电枢反应电抗。
以输入电压U 为参考矢量， I 滞后U 的角度为φ， 称φ为功率因数角， 则电流矢量为：ϕ-∠=I I(13.2)令I 滞后E 0的角度为ψ。
则可得d 轴和q 轴的电流为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ψψcos sin I I I q d I (13.3)所以：qd 1I I -=tan ψ (13.4)13.1.1.1 发电机模型在图13.1a ，OM 所代表的矢量可表示为：)j j (aq 11X X R OM +++=I U (13.5)OM 所代表的矢量可用来确定E 0的位置。
令U 滞后E 0的角度为θ，对于发电机称θ为功角，则角度ψ为θϕψ+=(13.6)对于给定的功角θ，我们有；⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-θθsin cos U U E I I X R R X 0q d q 11d (13.7)求得I d 和I q 为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡θθθθsin )cos (sin )cos (U X U E R U R U E X X X R 1I I d 0110q qd 21q d(17.8)功率角φ：θψϕ-=(13.9)输出电功率：ϕcos UI 3P 2=(13.10)输入机械功率：)(Fe Cua fw 21P P P P P +++= (13.11)式中P fw 、P Cua 、P Fe 分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗输入机械转矩：ω11P T =(13.12)ω为同步角速度rad/s13.1.1.2 电动机模型在图13.1， OM 所代表的矢量可表示为：)j j (aq 11X X R OM ++-=I U (13.5’)OM 所代表的矢量可用来确定E 0的位置。
无刷直流电机与永磁同步电机的比较研究_张勇
。对于 BLD-
CM 和 PMSM 的无位置传感器控制方法，基于反电动 势过 零 检 测 的 方 法 只 适 用 于 BLDCM， 不 适 用 于 PMSM。其余均适用于 PMSM 和 BLDCM 的无位置传 感器控制法有电感法、基于观测器法、 人工智能法、 磁链法等
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2
结构比较
BLDCM 和 PMSM 的基本结构相似。以三相全桥
Comparison Study of Brushless DC Motors and Permanent Magnet Synchronous Motors
ZHANG Yong，CHENG Xiaohua （ School of Electric Power，South China University of Technology，Guangzhou 510460 ，China） Abstract： Brushless DC motor and permanent magnet synchronous motor has many similarities， but there are also some differences between them． The define methods of the brushless DC motor with permanent magnet synchronous motor was analyzed in the paper， the structures between them was compared， The operational performance indicators such as the speed range， starting performance， torque ripple， energy consumption and efficiency，the maximum transmission power capability of the motor， parameter sensitivity of brushless DC motor and permanent magnet synchronous motors were compared，and detailed theoretical explanation or proof was given． Based on the above comparison， the similarities and differences between the two was understood，meaningful guidance was given in the actual selection of the motor case． Key words： brushless DC motor； permanent magnet synchronous motor； structure； operating performance 造成知其然不知其所以然的局面。 为此， 本文立足 前人研究的科研成果，对 BLDCM 和 PMSM 做了一个 系统的理论比较，为同行的学习、 研究起指导作用， 为各生产企业选用电机提供一定参考价值 。
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较1.在电动机结构与设计方面这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。
但永磁同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。
它的转子设计努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。
而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转子通常按等气隙磁通密度设计。
绕组设计方面进行同样目的的配合。
此外，BLDC控制希望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。
内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。
IPM结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转矩。
2.转矩波动两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。
运行时的转矩波动由许多不同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。
已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。
例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。
原则上，永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。
其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。
如前所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。
但是，永磁同步电动机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。
因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。
无刷直流电动机的实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。
因此，在绕组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。
每相反电动势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。
正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩波动。
在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流纹波造成的。
专升本《电力拖动与控制系统》_试卷_答案
专升本《电力拖动与控制系统》一、（共75题，共150分)1。
异步电动机在采用能耗制动时需要( ）。
(2分）A.转子回路串电阻B.定子回路串电阻C.把定子回路从电源断开,接制动电阻D。
定子回路通直流电流。
标准答案：D2。
三相桥式交叉连接可逆调速电路需要配置（）个限环流电抗器。
（2分)A.1B.2C.3D.4。
标准答案:B3。
闸管反并联可逆调速电路中采用配合控制可以消除( ). (2分）A.直流平均环流B.静态环流C。
瞬时脉动环流 D.动态环流.。
标准答案：A4。
为了检测直流电流信号，且与系统主电路隔离,常用的电流检测方法是( ）。
（2分）A。
串联采样电阻 B。
并联采样电阻C。
采用电流互感器 D.采用霍尔传感器。
标准答案:D5. 电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当输出电压的平均值小于电机反电势时，电机工作在( ）象限。
（2分）A。
1 B。
2 C.3 D。
4.标准答案：B6。
直流斩波调速系统在回馈电流可控的回馈发电制动时，直流电动机的反电势( ）直流电源的电压。
（2分）A.大于B.等于 C。
小于。
标准答案：C7。
异步电动机串级调速系统，当调速范围较小时,一般采用的起动方法是（）. (2分）A.用串级调速装置起动 B。
定子降压起动。
标准答案：B8。
串级调速系统中，串级调速装置的容量（）. （2分）A.随调速范围D的增大而增加；B.随调速范围D的增大而减少；C。
与调速范围D无关..标准答案:A9。
绕线转子异步电动机的串级调速属于( )的调速方法。
(2分）A。
转差功率消耗型 B。
转差功率回馈型C.转差功率不变型.标准答案：B10。
永磁无刷直流电动机的调速系统中功率变换器的变频方式是（ )。
（2分）A.他控式变频 B。
自控式变频；C.矢量控制式变频。
标准答案：B11。
无刷直流电动机调速系统的位置检测器使用的是（ ) （2分)A.增量式位置检测器 B。
正余弦变压器.标准答案：A12. 永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机结构非常相似，永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形是（） (2分）A.近似方波 B。
永磁电机简要分类
变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控 制系统构成自同步永磁电动机，既具有电励磁直流 电动机的优异调速特性，又实现了无刷化，在要求 高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数 控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外 围设备和家用电器等方面都获得广泛应用。通常， 反电动势和供电电流波形都是矩形波的电动机称之 为无刷直流永磁电动机；反电动势和供电电流波形 都是正弦波的电动机，称为永磁同步电动机。
直流永磁电机虽然省却了电励磁系统，由于用“电 刷/换向器”机械接触机构，换向火花、电磁干扰、 寿命短和可靠性等问题仍然存在，极大限制了其使 用范围。 随着微电子器件和电力电子器件方面的进步和发展， 电子换向替代机械换向的技术日益成熟，无刷直流 永磁电机迅猛发展起来。如日常生活中几乎随处可 见的电动摩托车、电动自行车，全部采用了外转子 无刷直流永磁电机。
运行性能方面，有刷直流电动机电枢绕组的元件数 和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组 的相数，运行过程中有较大的差别：有刷直流电动 机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交状态，而无 刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场在某一角度范 围内变动，正交状态仅只是其中的一个瞬时位置。 因此，在其他条件相同的情况下，在运行过程中， 无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机 的力矩脉动，无刷直流电动机的电磁力矩要小于有 刷直流电动机的电磁力矩。
永磁同步电机与传统的电励磁同步电机运行原理相 同。因不需要励磁绕组和直流励磁电源，故取消了 容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机。
永磁发电机制成后难以调节磁场以控制其输出电压 和功率因数，从而限制了它的使用范围。如直驱式 永磁风力发电机，与电网间的能量交换必须通过变 频器实现，无法直联。
永磁同步电机特点
永磁同步电动机的分类和特点一，永磁同步电动机的特点永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。
稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。
因此，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。
二，永磁同步电动机的分类永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。
因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。
这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。
永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。
根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。
在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。
各种电机的分类特点
各种电机的分类特点电机是将电能转换为机械能的设备，广泛应用于工业、农业、交通、家电等领域。
根据不同的原理和应用需求，电机可以分为多种不同类型，下面将介绍一些常见的电机分类和特点。
1. 直流电机（Direct Current Motor）直流电机是最早发展的电机之一，其特点是容易控制转速和转向。
直流电机分为直流电动机（DC Motor）和直流发电机（DC Generator），直流电动机又分为永磁直流电机（Permanent Magnet DC Motor）和电磁直流电机（Electromagnetic DC Motor）。
直流电机可实现较宽的调速范围，对于需要高转矩启动和精确调速的应用非常适用。
2. 交流电机（Alternating Current Motor）交流电机是目前使用最广泛的电机类型，其特点是结构简单、制造成本低、维护方便。
交流电机分为异步电机（Synchronous Motor）和同步电机（Asynchronous Motor）。
异步电机是最常见的交流电机类型，适用于大部分功率范围的应用。
同步电机在需要精确调速和高效率运行的场合下常被采用。
3. 步进电机（Stepper Motor）步进电机是一种数字控制电机，其特点是运动时以固定的步进角移动，可实现高精确度的定位和轨迹控制。
步进电机分为永磁步进电机（Permanent Magnet Stepper Motor）和混合型步进电机（Hybrid Stepper Motor）。
步进电机在印刷、纺织、自动化设备等领域广泛应用于需要精确定位的场合。
4. 无刷电机（Brushless Motor）无刷电机也称为电子换向电机，其特点是结构简单、转速范围广、效率高。
无刷电机常用于无人机、电动汽车、家电等领域。
无刷电机由电子调速器控制转速和转向，无需维护换向系统，具有较长的使用寿命和较低的噪音。
5. 永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor）永磁同步电机是一种功率密度高、效率高的电机，由于采用永磁体作为励磁源，具有高转矩、高响应和较低的能耗。
交流与直流电机-调速方法-分类-原理-优缺点-应用
交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速。
2变频调速。
3变转差率调速.。
三相交流电机有很多种。
1。
普通三相鼠笼式。
这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U)。
2.三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。
这种方式常用在吊车上。
长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接,因为电阻会消耗大量的电能。
通常是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。
相当于改变回路中的电阻达到同上效果。
转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。
这种方式称为串级调速。
配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机调速相比美。
3.多极电机.这种电机有一组或多组绕组.通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速.最常见的4/2极电机用(角/双Y）接。
4.三相整流子电机。
这是一种很老式的调速电机，现在很用了。
这种电机结构复杂,它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷.通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。
这种电机用的是三相流电，但是，严格上来说，其实它是直流机.原理是有点象串砺直流机。
5.滑差调速器。
这种方式其实不是改变电机转速。
而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度，改变离合器输出轴的转速来调速的.还有如,硅油离合器，磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。
严格上来说不算是三相电机的调还方式.但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。
直流电机的调速方法一是调节电枢电压，二是调节励磁电流,而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，常用的一是可控硅调压法,再就是脉宽调制法(PWM)。
PWM的H型属于调压调速。
PWM的H桥只能实现大功率调速。
国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。
二轮电动车电机分类
二轮电动车电机分类二轮电动车电机是电动车的核心部件之一，根据其特点和结构不同，可以分为直流无刷电机和交流异步电机两大类。
直流无刷电机是目前应用最广泛的电动车电机之一。
它采用无刷电机控制器驱动，通过电流反馈实现对电机的精确控制。
直流无刷电机具有转速范围宽、转矩大、效率高等优点。
其中，永磁无刷电机和感应无刷电机是直流无刷电机的两种常见类型。
永磁无刷电机是利用永磁体产生的磁场与电流感应力产生转矩的一种电机。
由于永磁体具有较高的磁场强度，因此永磁无刷电机具有较高的功率密度和效率。
永磁无刷电机的转速范围较宽，适用于不同的工况要求。
感应无刷电机是利用感应电磁场产生的转矩的一种电机。
感应无刷电机采用异步电机的原理，通过变频器控制电机的转速和转矩。
感应无刷电机具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，适用于中低速工况下的电动车。
交流异步电机是另一种常见的电动车电机类型。
它采用交流电源供电，通过电流的相位差产生转矩。
交流异步电机具有结构简单、可靠性高、成本较低等优点。
其中，感应电机和永磁同步电机是交流异步电机的两种常见类型。
感应电机是利用感应电磁场产生转矩的一种电机。
感应电机通过电流的相位差产生转矩，无需外部励磁。
感应电机具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点，广泛应用于电动车领域。
永磁同步电机是利用永磁体的磁场与电流感应力产生转矩的一种电机。
永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点，广泛应用于高性能电动车领域。
永磁同步电机通常与变频器配合使用，实现对电机的精确控制。
总结起来，二轮电动车电机可以分为直流无刷电机和交流异步电机两大类。
直流无刷电机包括永磁无刷电机和感应无刷电机，具有转速范围宽、转矩大、效率高等优点。
交流异步电机包括感应电机和永磁同步电机，具有结构简单、成本低、可靠性高等优点。
不同类型的电机适用于不同的工况要求，为电动车提供了多样化的选择。
永磁直流无刷电机和永磁同步电机
永磁直流无刷电机和永磁同步电机1. 引言说到电机，很多人可能觉得这就是个硬邦邦的技术话题，其实啊，电机就像我们生活中的小助手，默默为我们的日常服务。
今天，我们就来聊聊两种电机：永磁直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。
它们都是以“永磁”命名，听起来是不是很高大上？实际上，这两位“电机明星”各有千秋，各有自己的粉丝群体，来，咱们一起深入了解一下它们的故事。
2. 永磁直流无刷电机（BLDC）2.1 什么是BLDC？首先，永磁直流无刷电机就像是一位现代的“高科技小伙”，它的无刷设计让它比传统的有刷电机更加出色。
大家知道，电机里有刷子，像是老古董，容易磨损，还得频繁换，真是让人烦。
可是BLDC就不同了，它彻底告别了刷子，效率高得惊人，使用寿命也大大延长。
听说，有的人用了好几年都没出毛病，简直就像是电机界的“长青树”！2.2 BLDC的应用场景说到应用，BLDC可不是个闲人，简直可以说是无处不在。
无论是电动车、空调，还是咱们常见的吸尘器，甚至是智能手机里的马达，BLDC都有一席之地。
试想一下，当你在炎热的夏天打开空调，清凉的风吹来，那可都是BLDC在默默工作呢！而且，它运行的时候安静得就像小猫咪，让你在家里享受宁静时光。
3. 永磁同步电机（PMSM）3.1 PMSM的特性再来说说永磁同步电机，PMSM也不甘示弱。
它像是一位稳重的绅士，拥有极高的扭矩密度和出色的控制性能。
这位绅士可是电机界的“技术流”，使用的是同步原理，能在各类负载下稳定工作，简直是个全能选手。
很多时候，PMSM被广泛应用在工业领域，比如数控机床、自动化设备等。
它的表现就像一位经验丰富的老手，踏实稳重，给人一种值得信赖的感觉。
3.2 PMSM的优缺点当然，PMSM也有自己的小脾气。
相比BLDC，它的制造成本稍高，毕竟技术含量在那里。
不过，物有所值，使用寿命和运行效率可都是杠杠的，能让你省不少电费呢！这就好比买了个高档手机，虽然贵，但它的性能和体验真心让人满意。
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较
无刷直流电机的基本控制系统 无刷直流电机的基本控制系统
电流闭环控制结构
I ref
+
−
位置
PID 调节器
Ia
无刷直流 电动机
I phase
MAX ABS ( I a , I b )
数字低通 滤波
Ib
转矩闭环控制结构
ωr
M ref
位置
1 k2
I ref
+
PID
−
无刷直流 电动机
Ia
调节器
I phase
ωt
ia
ib
ωt
PWM b
ωt ωt
1 6
1 2
ωt ωt
1 6
1 2 3 2
PWM c
3 2
ic
3 4 5 4 5 6 1 6
（3）梯形波反电势 TT TT T T T T T T T T TT TT TT T T T T T T T T TT 与方波电流在相位上严 格同步。 HALL状态与PWM、三相反电势和三相电流的对应关系 格同步。
T1
T4
H_on-L_pwm型调制方式 （3）H_on-L_pwm型调制方式
T1
T4
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
T3 T6 T5
T2
0
o
ωt
ωt ωt
T3 T6 T5
T2
ωt
ωt ωt
T3 T6 T5
T2
0
o
ωt
ωt ωt
ωt
60
o
ωt
o
ωt
60
o
120 180 240 300 360 420
直流无刷电机控制原理
二直流无刷电机工作原理及换向初始化直流无刷电机在结构上与三相永磁同步电动机相同，但控制原理却与直流有刷电动机相同。
直流有刷电机通过有刷换向使每个磁极下电枢导体的电流方向保持不变，从而产生能使电机连续旋转的转矩；直流无刷电机是通过电子换向使转子每个磁极下定子绕组导体电流的方向保持不变而产生能使电机连续旋转的转矩。
由于采用电子无刷换向代替直流有刷电机的有刷换向，所以交流永磁同步伺服电机又称直流无刷伺服电机。
直流有刷电动机必须正确调整换向电刷的机械位置才能使电机工作正常。
同样，直流无刷电机加电时必须建立正确的初始换向角，才能使直流无刷电机正常工作。
确定初始换向角的过程称为无刷换向的初始化过程。
为了了解换向初始化过程，必须先了解直流无刷电机的控制原理。
1. 直流无刷电机的控制原理1.1 直流有刷电机的工作原理直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成。
直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转。
为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置。
下面进行较为详细的讨论。
（1）有刷换向装置的作用有刷换向装置由电刷和换向片组成。
直流有刷电机的电枢绕组为环形绕组，主磁极下的每个电枢导体连接到换向片上。
换向片为彼此绝缘，均匀分布在换向器圆周上的金属片组成。
电刷与换向片滑动接触。
电枢电流通过电刷和连接电枢导体的换向片引入电枢绕组。
电枢旋转时，电刷和换向片就象一个活动接头一样始终与主磁极下的导体连接，使主磁极下电枢导体的电流方向不变，产生使电枢连续旋转的转矩。
（2）产生最大转矩的条件产生最大转矩的条件是：一个磁极下的所有电枢导体的电流方向一致。
或者说，电枢导体产生的合成磁场与主磁场垂直。
（3）直流有刷电机的运行直流有刷电机的运行可用四个基本方程式来描述：①转矩平衡方程式：电流I M流过电枢绕组，载流导体在磁场中受力（受力方向用左手法则判断），产生能使电枢连续旋转的转矩T M。
永磁同步电机和直流电机的区别
电机在家用的电器内都是比较普通的设备，没有特殊的规格和作用；而工业电机则不同，比如永磁电机，用于矿业筛选，极大提高作业效率；那么永磁电机跟普通电机有什么区别呢？
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。
嘉轩（JXS智能驱动，分体式）
无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。
控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。
本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。
通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。
永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制策略。
那么永磁电机跟普通电机的区别就可以很明显的区分了
普通电机：主要家用，比如风扇/洗衣机等内部电机，电源则是220V家用电，相应功率和应用范围比较小；
永磁电机：主要用于工业，比如煤矿磁选等等，使用环境和场地的要求也比较严格。
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计
其中 D 为电枢直径；
l e f 为等效铁心长度；
（2）相同的电磁负荷， 相同转速，电机体积越大
n 为电机的额定点转速； P ' 为电机的计算功率； 可实现的功率也越大；
' p
为电机计算极弧系数；
K n m 为电机气隙磁场的波形系数； K d p 为电机的绕组系数； A 为电机的线负荷；
电流矢量应满 足的两条件
T em / is
id
0
T em / is
iq
0
IPM
Tem
Is
3p[miq(LdLq)idiq]
2 id2iq2
电
id
m
m 2 412L2dL2q 21Ld
id
0
T em / is
iq
0
Tem
Is
3p[miq(LdLq)idiq]
2 id2iq2
SPM
表贴式永磁电机： Ld=Lq
电 机
可推出结论：Id=0
SPM电机的定子电流矢量轨迹
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4.2 最大转矩/电流控制
最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动 机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电 机）来说，最大转矩/电流控制就是id＝0控制。
磁场定向控制时的相量图
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4.2 最大转矩/电流控制
最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动 机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电 机）来说，最大转矩/电流控制就是id＝0控制。
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较精品PPT课件
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
A'
A'
C
BC
BC
r
B' A
s a) A'
C r
r
C'
B'
C'
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A s
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BC
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B'
C'
B'
A d) 60o
A
120o
e)
A'
B r
C' A 60o c) A'
B
r
C'
A
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f)
a) 0度（换相前） b) 0度（换相后） c) 60度（换相前） d) 60度（换相后） e) 120度（换相前） f) 120度（换相后）
（2）on-pwm型调制方式 （3）H_on-L_pwm型调制方式
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t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
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T6
t T6
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T5
t T5
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无刷直流电机与永磁同步电动机的工作原理
术语解释 BLDC 电机工作原理 以 3 槽 2 极和 9 槽 6 极为例进行说明： 3 槽 2 极内转子电机：定子的三相绕组为星形联结方式。 三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引 出三根线 A, B, C。当它们之间两两通电时，有 6 种情况，分别是 AB, AC, BC, BA, CA, CB 注意这是有顺序的。 六个过程即完成了完整的转动，其中 6 次换相。每个过程转子旋转 60 度。 如下： 9 槽 6 极内转子电机：定子的三相绕组为星形联结方式。 当它们之间两两通电时，分别是 AB, AC, BC, BA, CA, CB 注意这是有顺 序的。如下： 小知识：
无刷直流电机与永磁同步电动机的工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
无刷电机篇： BLDC：即无刷直流电机（Brushless Direct Current）与 PMSM：永磁同步 电动机（Permanent-Magnet Synchronous Motor）区别 术语解释 BLDC 电机工作原理 PMSM 电机工作原理 无刷电机 BLDC 与 PMSM 区别 BLDC
定子：极对数选择上一般选取整数槽集中绕组例如 4 极 12 槽（不一定都 是整数倍的）； 转子：磁钢一般是同心的扇形环,径向冲磁.； 驱动方式：一般是六步方波驱动，电机驱动电路如下： 控制：120 度方波电流，采用 PWM 控制； PMSM 定子：极对数选择上一般选取分数槽绕组,如 4 极 15 槽,10 极 12 槽等； 转子：磁钢一般一般是面包形,平行充磁； 驱动方式：采用正弦波驱动,如 FOC 算法等，电机驱动电路如下： 控制：正玄波电流，采用 SPWM SVPWM 控制；
分数槽集中绕组永磁电机的槽极数组合 分数槽集中绕组永磁电机的定子槽数与转子磁极数可以有多种组合，在下 表在列出了各种定子槽数可采用的转子磁极数 PMSM 电机工作原理
电动车用直流无刷电机不同永磁结构对比分析
电动车用直流无刷电机不同永磁结构对比分析蒋元广;施周;孙晓东;李艳会【摘要】为了提升微型纯电动汽车驱动用无刷直流(BLDC)电机的输出转矩并降低其损耗,对不同永磁结构与充磁方式的BLDC电机进行对比分析.首先,通过测量微型试验车辆的基础参数,对BLDC电机进行功率和转速匹配.其次,在控制永磁体用量的基础上分别确定2种永磁结构的具体结构参数,并对2种具有不同充磁方向永磁体结构进行了具体的分析,以选取最为合适的永磁体形状及充磁方式.最后,基于有限元分析方法,对比分析了平行充磁和径向充磁2种结构BLDC电机的基本电磁性能.有限元分析显示前者输出转矩比后者高3％,转矩脉动低28％,损耗低5％,验证了理论分析的有效性.结果表明,在表贴式BLDC电机在永磁体用量一定的条件下采用平行充磁的永磁结构性能更加出色.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2019(049)002【总页数】5页(P61-65)【关键词】纯电动汽车;无刷直流电机;永磁体;有限元分析【作者】蒋元广;施周;孙晓东;李艳会【作者单位】南京越博动力系统股份有限公司,江苏南京 210019;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车工程研究院,江苏镇江 212013;南京越博动力系统股份有限公司,江苏南京 210019【正文语种】中文【中图分类】TM346作为最有潜力的新能源汽车，纯电动汽车具有零油耗、零排放、噪音低等一系列优点。
然而在当前技术条件下，纯电动汽车仍然面临着整车价格高、续航里程短等瓶颈。
因此，在电池技术未取得重大突破之前，车用驱动电机技术水平将直接影响着电动汽车的整车性能。
目前，纯电动汽车驱动用电机主要有异步电机、开关磁阻电机、永磁同步电机、无刷直流（BLDC）电机等。
其中BLDC电机具有输出转矩大、调速范围宽、动态响应快、可靠性高等突出优点，在纯电动汽车中的应用越来越广泛。
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直流无刷电机BLDCM与永磁同步电机PMSM的比较
直流无刷电机BLDCM
Brushless Direct Current Motor
永磁同步电机(交流无刷电机) PMSM(BLACM)
Permanent Magnet Synchronous Motor (Brushless Alternating Current Motor)
1 PMSM和BLDCM相同点和不同点
1.1 PMSM和BLDCM的相似之处
两者其实都是交流电机，起源不同但从结构上看，两者非常相似。
PMSM起源于饶线式同步电机，它用永磁体代替了绕线式同步电机的激磁绕组，它的一个显著特点是反电势波形是正弦波，与感应电机非常相似。
在转子上有永磁体，定子上有三相绕组。
BLDCM起源于永磁直流电机，它将永磁直流电机结构进行“里外翻”，取消了换相器和电刷，依靠电子换相电路进行换相。
转子上有永磁体，定子上有三相绕组。
1.2 PMSM和BLDCM的不同之处
反电势不同，PMSM具有正弦波反电势，而BLDCM具有梯形波反电势。
定子绕组分布不同，PMSM采用短距分布绕组，有时也采用分数槽或正弦绕组，以进一步减小纹波转矩。
而BLDCM采用整距集中绕组。
运行电流不同，为产生恒定电磁转矩，PMSM需要正弦波定子电流；BLDCM需要矩形波电流。
PMSM和BLDCM反电势和定子电流波形如图1所示。
永磁体形状不同，PMSM永磁体形状呈抛物线形，在气隙中产生的磁密尽量呈正弦波分布；BLDCM永磁体形状呈瓦片形，在气隙中产生的磁密呈梯形波分布。
运行方式不同，PMSM采用三相同时工作，每相电流相差120°电角度，要求有位置传感器。
BLDCM采用绕组两两导通，每相导通120°电角度，每60°电角度换相，只需要换相点位置检测。
正是这些不同之处，使得在对PMSM和BLDCM的控制方法、控制策略和控制电路上有很大差别。
2 PMSM和BLDCM特性分析
2.1按照空间应用中最关心的特性：功率密度、转矩惯量比、齿槽转矩和转矩波动、反馈元
件、逆变器容量等特性对PMSM和BLDCM进行对比分析。
2.1功率密度
在机器人和空间作动器等高性能指标应用场合，对于给定的输出功率，要求电机重量越小越好。
功率密度受电机散热能力即电机定子表面积的限制。
对于永磁电机，绝大多数的功率损耗产生在定子，包括铜耗、涡流损耗和磁滞损耗，而转子损耗经常被忽略。
所以对于一个给定的结构尺寸，电机损耗越小，允许的功率密度就越高。
假设PMSM和BLDCM的涡流损耗、磁滞损耗和铜耗相同，比较两种电机的输出功率。
PMSM中，正弦波电流可以通过滞环或PWM电流控制器得到，而铜耗基本上由电流决定。
所以，在相同的尺寸下，BDLCM与PMSM相比，可以多提供15%的功率输出。
如果铁耗也相同，BDLCM的功率密度比PMSM可提高15%。
2.2转矩惯量比
在伺服系统中，通常要求电机的最大加速度，转矩惯量比就是电机本身所能提供的最大加速度。
因为BDLC可以比PMSM多提供15%的输出功率，所以它可获得被PMSM多15%的电磁转矩。
如果BDLC和PMSM具有相同速度，它们的转子转动惯量也相同，那么BDLC的转矩惯量比要比PMSM大15%
2.3齿槽转矩和波动转矩
转矩脉动是机电伺服系统的最大困扰,它使精确的位置控制和高性能的速度控制很困难。
在高速情况下，转子惯量可以过滤掉转矩波动。
但在低速和直接驱动应用场合，转矩波动将严重影响系统性能，将使系统的精度和重复性恶化。
而空间精密机电伺服系统绝大多数工作在低速场合，因此电机转矩脉动问题是影响系统性能的关键因素之一。
PMSM和BLDCM都存在转矩脉动问题。
转矩脉动主要有以下几个原因造成：齿槽效应和磁通畸变、电流换相引起的转矩及机械加工制造引起的转矩。
a.齿槽效应引起的转矩脉动
在永磁电机的电枢电流为零的情况下,当转子旋转时,由于定子齿槽的存在,定子铁芯磁阻的变化产生了齿槽磁阻转矩,齿槽转矩是交变的,与转子的位置有关,它是电动机本身空间和永磁场的函数。
在电机制造上,将定子齿槽或永磁体斜一个齿距,可以使齿槽转矩减小到额定转矩的1%-2%左右。
或者采用定子无槽结构，可以彻底消除齿槽效应，但这些方法都将降低电机的出力。
PMSM和BDLC中的齿槽转矩脉动没有明显的差别。
b.磁通畸变和换相电流畸变引起的转矩脉动
磁通畸变和电流畸变是指PMSM中气隙磁场、反电势和电枢电流是非正弦波，BLDCM中气隙磁场和反电势非梯形波，电枢电流是非矩形波。
气隙磁场和电枢电流相互作用后会产生转矩波动，反电动势与理想波形的偏差越大,引起的转矩脉动越大。
BLDCM中,电机的电感限制了换相时绕组电流的变化率，定子绕组电流不可能是矩形波。
只能得到梯形波电流，引起较大的转矩波动。
另外，BLDCM定子合成磁通不是平滑地旋转，而是以一种不连续地状态向前步进，定、转子旋转磁通不可能是严格同步的，这会造成转矩的脉动，脉动频率为基波的6倍。
而在PMSM中产生正弦波电流是连续的，PMSM理想运行状态是正弦分布的气隙磁密同正弦绕组电流产生恒定转矩，而实际上，PMSM中气隙磁密度也并非完全是正弦波分布，无疑也会引起了转矩脉动。
但它和电枢电流波形不匹配引起的转矩波动要比BDLC中的转矩波动小的多，况且PMSM定子合成磁通是平滑地连续旋转。
因此PMSM的转矩波动明显要小于BLDCM。
c.逆变器电流控制环节引起的转矩脉动
在BLDCM中，电流滞环控制器中滞环宽度和PWM电流控制器开关频率将引起BLDCM实际电流围绕期望电流上下高频波动，电机转矩也出现高频波动，通常幅度要低于换相电流引起的转矩波动。
在PMSM中，也会出现由滞环或PWM电流控制器引起的高频转矩波动，通常比较小，并由于开关频率较高，很容易被转子惯量过滤掉。
因此，从转矩波动看，PMSM比BDLC具有明显的优势，BDLCM适合用在低性能低精度的速度和位置伺服系统。
而PMSM适合用在高性能的速度和位置伺服系统。
2.4伺服系统中的信号反馈元件
PMSM需要正弦波电流，而BLDCM需要矩形波电流，导致了反馈元件的不同。
BLDCM中，每一时刻只有两相绕组导通，每相导通120°电角度，电流每60°电角度换相一次，只要正确检测出这些换相点，就能保证电机正常运行，在通常的机电系统中最常见的位置传感器是霍尔位置开关。
在PMSM中，需要正弦波电流，电流幅值由转子瞬时位置决定，电机工作时所有三相绕组同时导通，需要连续的位置传感器，在速度伺服系统中仍需连续位置传感器，空间机电系统中最常见的位置传感器有旋转变压器+RDC解码模块或光电编码器。
BLDCM构成的速度伺服系统中，只需要一个低分辨率的传感器，从这一点看，如果换相引起的转矩波动可以接受，BLDCM比PMSM更适合于速度伺服系统，而在位置伺服系统中，由于需要位置传感器，BLDCM与PMSM相比没有优势。
2.5逆变器容量
2.6控制系统结构不同
分别以空间应用常见PMSM位置伺服系统和BLDCM位置伺服系统为例说明主要区别。
基于三环控制结构的PMSM转子磁场定向位置伺服系统见图2所示。
因此，在转子磁链定向控制中，把定子电流矢量始终控制在q轴上，即定子电流d轴励磁分量id=0，准确检测出转子空间位置（d轴），通过控制逆变器使三相定子的合成电流矢量位于q轴上，那么电机的电磁转矩只与定子电流的幅值成正比，就能很好地控制转矩。
电流环通常采用PWM电流跟踪控制。
基于三环控制结构的BLDCM位置伺服系统控制框图见图3所示。
从上面系统控制结构可以看出，基于PMSM和BLDCM组成的伺服系统两者最大的区别在于电流环的控制上。
在PMSM位置伺服系统中，只要改变给定位置信号的极性，就可以使PMSM 方便地在四象限运行。
而在BLDCM位置伺服系统中，必须经过运行状态（正、反转，电、制动）判别后，经过逻辑控制单元产生功率开关控制信号，再与PWM信号综合后驱动功率电路，从而控制BLDCM的运行。