Двигатели с постоянными магнитами (PMMS) широко используются в промышленной автоматизации, электромобилях и бытовой технике благодаря своей высокой эффективности, удельной мощности и простоте обслуживания. Среди PMM преобладают бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) и синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM), однако их характеристики крутящего момента значительно различаются по конструкции, управлению и производительности.
Конструкция: Трапециевидная обратная ЭДС с сосредоточенными обмотками статора.
Управление: Электронная коммутация (датчики Холла / без датчиков) переключает токи статора в шестиступенчатой последовательности, создавая вращающееся магнитное поле.
Цель: Регулирование скорости / положения с помощью прямоугольных токов.
Конструкция: Синусоидальная обратная ЭДС с распределенными обмотками.
Управление: Передовые алгоритмы, такие как SVPWM или FOC, генерируют плавные вращающиеся поля с помощью точного управления вектором тока.
Цель: Высокоточное управление крутящим моментом /скоростью / положением с помощью синусоидальных токов.
Генерация крутящего момента
|
Тип двигателя |
Уравнение крутящего момента |
Ключевые компоненты |
|
Постоянный ток |
T = K_t × I_a |
K_t: Постоянный крутящий момент (зависит от потока / обмоток). I_a: Ток статора. |
|
PMSM |
T = (3/2) × p × [&лямбда;_PM×i_q + (L_d - L_q)×i_d×i_q] |
&лямбда;_PM: поток PM. i_d/i_q: токи по оси d/q. L_d/L_q: индуктивности. |
Указания по крутящему моменту PMSM:
При поверхностном монтаже (SPMSM): Крутящий момент L_d ≈ L_q → в основном зависит от потока PM (i_q).
Внутренний (IPMSM): L_d ≠ L_q → Дополнительный тормозной момент оптимизирует мощность.
Характеристики крутящего момента
|
Параметр |
Постоянный ток |
PMSM |
|
Пульсации крутящего момента |
Высокие (из-за прямоугольной коммутации) |
Низкие (синусоидальные токи + фокусное расстояние) |
|
Точность управления |
Умеренный (зависит от скорости вращения) |
Высокий (прямое управление крутящим моментом/током) |
|
Максимальный крутящий момент |
Ограниченный |
Более высокий (ослабление поля + реактивный момент) |
|
Перегрузочная способность |
Умеренный |
Высокий (расширенное ограничение тока) |
|
Эффективность |
Высокий (~85-90%) |
Очень высокий (~90-95%, нижние гармоники) |
|
Аспект |
Постоянный ток |
PMSM |
|
Способ управления |
Шестиступенчатая коммутация, датчики Холла |
FOC, DTC, ослабление поля |
|
Реализация |
Простой (недорогие микроконтроллеры) |
Сложный (требуется DSP/FPGA) |
|
Стоимость |
Низкий |
Высокий |
|
Диапазон скоростей |
Узкий |
Широкий (с возможностью ослабления поля) |
Основные преимущества:
Постоянный ток: Прост в применении, экономичен, но снижает плавность хода.
PMSM: Превосходная производительность при использовании FOC / DTC, требующая более высокой вычислительной мощности.
Выбирайте BLDC, когда:
Чувствительность к затратам > точность крутящего момента (например, вентиляторы,небольшие водяные насосы, основные электроинструменты).
Достаточно простого управления (например, приводы с фиксированной скоростью вращения).
Необходим высокий пусковой момент (но пульсации допустимы).
Выбирайте PMSM, когда:
Важна точность (робототехника, сервосистемы, электромобильная тяга).
Эффективность и низкая пульсация крутящего момента имеют решающее значение (аэрокосмическая промышленность, медицинские приборы).
Требуется широкий диапазон скоростей (шпиндели, промышленная автоматизация).
Постоянный ток: "Рабочая лошадка" для недорогих приложений с умеренной производительностью.
PMSM: "Высокопроизводительный" для систем, требующих высокой точности и эффективности.
Совет профессионала:
Примодернизациичасто выигрывает простота BLDC.
Вновых конструкцияхусовершенствованное управление PMSM обеспечивает высокую производительность.
Подбирайте двигатель в соответствии с вашими потребностями, и крутящий момент не будет ограниченным!
