1.0電機的分類及永磁同步電機的控制技術(shù)介紹

基礎(chǔ)的電磁感應產(chǎn)生力的作用，這類似的初中物理知識不再討論;

與直流無刷及永磁同步電機知識太發(fā)散的就不再討論;

本文介紹的幾點內(nèi)容

電機的分類及日常生活中的電機類型

無刷直流/永磁同步電機的運行原理

無刷直流與永磁同步的異同

永磁同步電機的控制技術(shù)

1.電機的分類及日常生活中的電機類型

如圖中所示，電動機的種類，可以首先按照交直流類型來區(qū)別。

直流電動機在日常生活中遇到的非常多，用電池或5V電源作為能量的幾乎都是，電動玩具、剃須刀、小風扇。這類電機的分類在換向式的細分類別中?？刂剖侄我卜浅：唵?，兩極上通電就能轉(zhuǎn)，電壓給的越大轉(zhuǎn)的越快，兩根電極線對調(diào)就能反轉(zhuǎn)。如果曾經(jīng)拆開過玩具四驅(qū)車里面的直流有刷電機就會記得，里面有個II型的兩極電刷，轉(zhuǎn)子的電流換向就是靠電刷來完成。這類電機，也會發(fā)現(xiàn)里面有磁鐵存在，磁極是固定不動的，作為定子。其他細分支的單極式電機、換向電勵磁式電機，生活中不太常見，不作介紹了。

交流電動機分為兩類，同步電動機和異步電動機。

異步電動機在普通日常生活中見的相對較少，都相對較為大型。單相的異步電動機，在農(nóng)村家里的各類加工機器、普通的小型工廠里的加工機器上會見的比較多;使用的電源就是普通的市電220V就行，一零一火線就可以工作運行。單相異步電機的更細分類型，差別就不是那么大了，這類電機上常常會有兩個非常大的電容：啟動電容、工作電容。如果這兩個電容壞了，啟動或工作的時候就會異常。

多相異步電動機，在起重機械、大型加工機械上會見的非常多;多相異步電機的體積在這所有電機分類中都相對較大，功率也都不低。使用這類電機大都配有相應的變頻器。其供電時會接入三相電。三相電在工業(yè)中常用，但日常生活不常見。

最后介紹交流電動機的同步電動機。這類電機的細分種類在日常生活中會多少有些影子。同步電動機主要分為四類，無刷直流、永磁同步、步進電機、磁滯電機、磁阻電機。無刷直流電機，一提到，都見過;日常使用的電動自行車、電摩的后輪，就是一種直流無刷同步電動機。這種電機還有一種稱呼叫輪轂電機，就是指長在車輪的輪轂上的電機。步進電機的應用非常廣泛，主要是因為其控制的步進精度，使得可以用在高精度的場合。激光切割，3D打印中都用的蠻多的。

還有一種分支的電機類型，永磁同步電機。這種電機，當前，有一個非?；鸬膽?，昂貴的那款吹風機就是永磁同步電機的。永磁同步電機結(jié)合優(yōu)良的控制方法，可使得電機的轉(zhuǎn)速精確可控，噪聲非常低，給人靜音靜躁并且高效的感覺。

同步電機大多是永磁式的。其他勵磁類型的也有，但不常見了。

2.無刷直流/永磁同步電機的運行原理

這里一起闡述無刷直流和永磁同步運行原理的原因是因為這兩類的區(qū)別著實不大，后文會詳細對比異同的。

直流有刷電機，定子是永磁體，轉(zhuǎn)子是繞線線圈;磁性有兩極，同斥異吸。所以，在轉(zhuǎn)子線圈中通上直流電，則能讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，直到與定子力矩最小的位置;這時由于電刷換向，本來力矩最小的位置又成了力矩最大;最后，周而復始，轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)。

無刷直流，那就確實沒有電刷;同時，直流有刷電機中定子為永磁體，轉(zhuǎn)子為繞線的結(jié)構(gòu)，在直流無刷中變成了定子為繞組，轉(zhuǎn)子為永磁體。如果繞組依然在轉(zhuǎn)子上面，那還得靠物理接觸給繞組通電，沒有解決掉電刷老化的問題。直流無刷電機中，繞組在定子中存在，有三根相線;工作的時候，相繼的給三根相線輸入輸出電流，變達到了換向的目的。直流無刷中，轉(zhuǎn)子定子由于電磁生力的作用與直流有刷是相同的。

無刷直流電機，具體是定子在內(nèi)部還是在外部，不一定。轉(zhuǎn)子在外，定子在內(nèi)的，一般稱為外轉(zhuǎn)子電機。輪轂電機就是很特殊的外轉(zhuǎn)子電機。

直流無刷電機，為什么在大分類下卻又是交流電機?

是因為，我們在給無刷直流、永磁同步電動機的控制器供電的時候，供給的是直流電源，所以稱呼為了無刷直流;但是，直流電源經(jīng)由電機控制器，逆變之后，在與電機相連的三根相線上，電源類型變成了交流，交流變化的相電壓才能使電機三根相線上的電流不停換向，所以電機的分類是交流電動機。

3. 無刷直流與永磁同步的異同

無刷直流電機,英文BLDC，英文全稱Brushless Direct Current Motor

永磁同步電機,英文PMSM, 英文全稱 Permanent Magnet Synchronous Motor

這兩種電機類型要作以區(qū)別，最根本的原因是因為氣隙磁場的設計就不同。所以產(chǎn)生了以下的不同

反電勢波形不同：

BLDC ：近似梯形波(理想狀態(tài));

PMSM ：正弦波(理想狀態(tài));

三相電流波形不同：

BLDC ：近似方波或梯形波(理想狀態(tài));

PMSM ：正弦波(理想狀態(tài));

控制系統(tǒng)的區(qū)別：

BLDC：通常包括位置控制器、速度控制器和電流(轉(zhuǎn)矩)控制器;

PMSM：不同控制策略的會有不同的控制系統(tǒng);

控制不同：

BLDC：120度方波電流，采用PWM控制;

PMSM：正玄波電流，采用SPWM SVPWM控制。

但是，在實際的控制中，直流無刷也會用FOC控制，永磁同步電機也能用方波進行控制。

就像電動車的控制器，我拆來研究過三四個，接口都是一樣的，控制芯片不一樣，當然控制算法也不一樣。用正弦波控制的電動車，啟動、運行聲音都很低，運行過程中沒有抖動;但是方波控制的電動車，聲音會非常明顯，運行時的抖動也能感知得到。抖動是因為明確的轉(zhuǎn)矩脈動。

方波控制的電機，電源使用效率較高，因為正弦波控制的電機，在有效電壓上就會被打折一點。

4. 永磁同步電機的控制技術(shù)

永磁同步電機，直流無刷電機可以用同樣的控制手段來使之運行。

根據(jù)有無位置傳感器來區(qū)別，首先分為有感無感。也就是有無使用霍爾等類似的位置傳感器來感知定子轉(zhuǎn)子的位置角度。在風泵類的應用中，很多使用無感方式控制，通孔優(yōu)良的算法是電機運轉(zhuǎn)起來后，檢測感知相電流的變化來切換相電流。一些重載或精確控制的應用中，都會使用有感方式。

根據(jù)逆變的三相電源，可以分為方波控制和正弦波控制。方波控制策略簡單，控制過程直接有效，采用六步換向策略，CPU調(diào)制 出PWM來驅(qū)動功率開關(guān)管就可是生成能使電機運轉(zhuǎn)的三相電源。正弦波的控制策略相對復雜得多，但是在控制效果上又優(yōu)良的多。

正弦波控制時，主要有兩種控制策略。

一種是，直接轉(zhuǎn)矩控制DTC百度百科。其作法是依量測到的馬達電壓及電流，去計算馬達磁通和轉(zhuǎn)矩的估測值，而在控制轉(zhuǎn)矩后，也可以控制馬達的速度，直接轉(zhuǎn)矩控制是歐洲ABB公司的專利。

第二種是，空間矢量控制FOC百度百科。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制;通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。

正弦波控制時，會有很多衍生的更精細的控制策略，比如前饋控制、最大轉(zhuǎn)矩控制、弱磁控制等。

在對電機的控制過程中，會有多個反饋控制環(huán)。在控制電機的出力情況時，有電流環(huán);再此基礎(chǔ)上，控制轉(zhuǎn)速的控制環(huán);伺服電機應用時，便有位置環(huán)的控制。