来自电路的所有方面:
无刷直流电动机类似于交流同步电动机。主要区别在于,与无刷直流电动机的矩形或梯形反电动势相比,同步电动机产生正弦反电动势。两者都有定子产生的旋转磁场,从而在磁转子中产生扭矩。
在构造上,基本上没有区别。
上图中的电动机可以称为“交流感应电动机”或“无刷直流电动机”,并且可以是同一电动机。
主要区别在于驱动器。交流电动机由正弦交流波形组成的驱动器控制。它的速度与该波形的频率同步。由于它是由正弦波驱动的,因此它的反电动势是一个正弦波。可以从墙上的插座驱动单相交流电动机,并且交流电动机的转速为3000 RPM或3600 RPM(取决于您使用50 / 60Hz主电源的原产国)。
请注意,我说可以在那里。为了从一个DC源驱动的电动机,控制器,其基本上只是一个DC到AC逆变器,被需要。正确地说,交流电动机也可以由控制器驱动。例如,变频驱动器(VFD),正如您所说的,是DC到AC逆变器。尽管通常它们具有交流至直流整流器前端。
PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif
VFD使用PWM来近似正弦波,并且可以通过连续改变脉冲宽度来使其接近,如下所示:
虽然使用PWM近似正弦波会产生接近正弦的反电动势波形(“ fuzzy”是您所用的词),但它的执行也有些复杂。一种更简单的换向技术称为六步换向,其中,反电动势波形比正弦波更梯形。
六步驱动器http://www.controlengeurope.com/global/showimage/Article/18087/
六步反电动势http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png
正如您所说的那样,“ PWM确实很差”,但实现起来也简单得多,因此更便宜。
除六步法和正弦波法外,还有其他换相方法。在我看来,唯一真正流行的是空间矢量驱动。这具有与正弦驱动相同的复杂度,但是可以更好地利用可用的直流总线电压。我不打算详细讨论空间矢量,因为我认为这只会使讨论的内容混乱。
这些就是驱动技术的差异。用于驱动交流电动机的波形通常为正弦波,可以直接来自交流电源,也可以使用PWM近似。用于驱动直流电动机的波形通常是梯形的,并且来自直流电源。尽管效率受到轻微的影响,但没有理由不能交换驱动器。
*本质上
上面我说过,两种类型的电动机的结构基本相同。在交流感应电动机和无刷直流电动机这两种情况下,我们都在谈论缠绕定子而不是永磁体的电动机。这使它们成为“通用电机”:
在电机中绕制定子的一个优点是,可以制造一个以AC或DC运行的电机,即所谓的通用电机。
但是,绕组略有不同。设计用于AC的电动机是正弦缠绕的,而用于DC的电动机是梯形缠绕的。困扰我多年的是,我找不到显示差异的简化图。如果给我一个电动机的定子,我将不知道它是正弦缠绕还是梯形缠绕。我知道区别的唯一方法是通过将钻头连接到轴并查看反电动势来反向驱动电动机。如上图所示,您将看到一个不错的正弦波或更多的梯形。就像我在上面说的那样,使用错误类型的驱动器会导致轻微的性能下降,但在其他方面也会起作用。
通常,无刷直流电动机的转子上装有永磁体。尽管这与鼠笼式电动机有所不同,但只要定子是绕线定子而不是永磁定子(如在有刷直流电动机中所示),则两种设计本质上都是“通用电动机”:
上图的永磁体侧显示了一个两极电机。极数控制转矩波动。极数越多,转矩曲线越平滑。但是从交流与直流的角度来看,极数没有什么区别。
定子绕组的连接(三角形与星形连接)也不会影响驱动方法。实际上,您可以在运行时在两者之间切换:
所不同的是,三角形将吸收更多的电流,从而产生更多的扭矩。有关电流与转矩或电压与速度之间关系的更多信息,请参阅我对EE.SE问题的回答。