无刷电机与步进电机的区别


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我想我了解无刷电机和步进电机的工作原理,但对两者之间的差异有些困惑。无刷直流电机是非常基本的步进电机吗?通过适当的控制,无刷直流电动机可以用作步进电动机吗?如果没有,它们有何不同?

对于电子新手来说,有人可以强调步进电机和直流无刷电机之间的异同吗?


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这不是问题的答案,但此链接表示Hurst AC同步电动机“在结构上与HURST®步进电动机相同”。
Tut

Answers:


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从根本上说,两者基本上是相同的。但是,它们在预期的应用程序中有所不同。步进电机应逐步运行。BLDC电机旨在提供平稳的运动。

由于将步进电动机用于运动控制,因此需要可重复的步骤。也就是说,如果您从一个步骤开始,然后再到另一个步骤,然后再回到第一步,则理想情况下,它应该准确地返回到之前的位置。各种各样的事情可能使事情混乱。BLDC电机经过优化,可实现各步之间的平稳转矩,而不是可重复性。

步进电机的设计旨在最大程度地提高保持扭矩,即步进器将机械负载保持在某一级的能力。即使转子与定子对齐,也可以通过保持较高的绕组电流来实现。这会浪费大量能量,因为除非负载试图偏离位置,否则它不会产生扭矩,但是它确实避免了任何反馈机制的需要。

另一方面,BLDC通常在转子滞后于定子的情况下运行,因此施加的电流始终会产生最大转矩,这是有刷电动机会产生的转矩。如果需要较小的扭矩,则电流减小。这效率更高,但是必须感测负载的位置才能知道要施加多少扭矩。因此,步进电动机通常更大,以适应始终以最大电流运行电动机所产生的额外热量。

同样,对于大多数应用,人们期望步进器能够执行小步距以进行精确的运动控制。这意味着大量的磁极。步进电动机通常每转具有数百步。BLDC通常会少很多。例如,最近我正在从硬盘驱动器上使用BLDC,它每转具有四个“步骤”。

步进电机通常设计为首先最大保持转矩,然后第二速度。这通常意味着绕组非常多,每单位电流会产生更强的磁场,从而产生更大的转矩。但是,这是以增加反电动势为代价的,从而降低了单位电压的速度。

同样,步进电机通常由相隔90度的两个相位驱动,而BLDC通常具有三相(相差120度)(尽管在两种情况下都有例外):

步进电机
步进绕组

无刷直流
BLDC绕组

尽管存在这些差异,但步进器仍可以像BLDC一样操作,或者BLDC可以像步进器一样操作。但是,鉴于设计意图相抵触,结果很可能不是最佳结果。


我见过的大多数BLDC控制器的设计都没有与步进器相同的位置精度,但是,为什么BLDC电机不应该提供旋转传感器所能提供的任何精度的控制,这有什么原因吗?如果我想尽可能快地精确旋转12.25圈,我认为BLDC电动机应该比步进电动机做得更好,因为步进电动机需要以悲观的加速度曲线驱动,而BLDC电动机会没有这样的限制。
supercat

@supercat没有特别的原因。但是,有了BLDC和旋转传感器,您所拥有的就是一个伺服器,并且您需要某种反馈回路来控制它。用有刷电动机也可以实现相同的目的。步进器通常没有旋转传感器,并且在驱动时没有任何类型的反馈环(除了用于确定运动范围终点的限位开关外),因此它们依赖于不遗漏任何位置精度的步骤。这简化了驾驶员,但也限制了速度和扭矩。
菲尔·弗罗斯特

一个人可以使用智能伺服控制器实现最平稳的运动,但是如果一个人想要将BLDC电机移动12.25圈而又不特别在意平滑性,那么简单地将电机向前运行直到到达某个位置就不会有什么特别的问题。在目标之前,然后将其设置为目标阶段,如果过冲太远则向后运行?步进电机效率极低,但是似乎增加旋转编码器和制动器可以极大地提高效率。
超级猫

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@supercat我认为仍然算作伺服器。尤其没有问题,但是如果伺服控制器是“简单的”,则它可能不会那么精确或可重复,或者具有与等价的步进器一样多的保持扭矩,甚至是“简单”的伺服器控制器比根本不需要控制器的步进器要复杂得多。我想对于电池供电的设备,步进器的效率低下是个大问题,但是对于任何插入墙壁的东西来说,电力都是廉价且充足的。
Phil Frost

如果需要保持扭矩,则必须使用步进器或制动器。但是,效率不仅因功耗原因而重要。与需要以机械方式产生的热量相比,这种效率更高的电动机可以更小,更轻。我认为,在相同的最高速度和可用扭矩的情况下,BLDC(或间歇式步进电机)加上旋转编码器以及制动器的组合在许多情况下可能比步进电机更小,更轻,更便宜。
超级猫

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步进电动机是无刷直流电动机的一种形式,但具有特定的线圈和定子物理布置,以实现固定数量的细分,包括细分整个旋转圈。

如果需要,步进电动机的极数决定步长或细分数或“整步”数。

但是,在给步进电机线圈通电时需要花些功夫,带有合适控制器的现代步进电机通常可以分步进行旋转,这称为微步进。

TL; DR:步进电动机(通常)是无刷电动机系列的子集。


开关磁阻电机是步进电机的另一种形式,与标准BLDC步进电机有些不同。

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