Động cơ nam châm vĩnh cửu (PMM) được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, xe điện và thiết bị do hiệu suất cao, mật độ năng lượng và mức bảo trì thấp. Trong số các PMM, DC không chổi than (BLDC) và Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) chiếm ưu thế—nhưng đặc tính mô-men xoắn của chúng khác nhau đáng kể về cấu trúc, khả năng điều khiển và hiệu suất.
Thiết kế: EMF phía sau hình thang với cuộn dây stato tập trung.
Điều khiển: Chuyển mạch điện tử (Cảm biến Hall/không cảm biến) chuyển đổi dòng điện stato theo trình tự sáu bước, tạo ra từ trường quay.
Mục tiêu: Điều khiển tốc độ/vị trí bằng dòng sóng vuông.
Thiết kế: EMF phía sau hình sin với các cuộn dây phân tán.
Điều khiển: Các thuật toán nâng cao như SVPWM hoặc FOC tạo ra các trường quay trơn tru thông qua điều khiển vectơ dòng điện chính xác.
Mục tiêu: Điều khiển mô-men xoắn/tốc độ/vị trí có độ chính xác cao với dòng điện hình sin.
Tạo mô-men xoắn
|
Loại động cơ |
Phương trình mô men xoắn |
Thành phần chính |
|
BLDC |
T = K_t × I_a |
K_t: Hằng số mô men xoắn (phụ thuộc vào từ thông/cuộn dây). I_a: Dòng điện stator. |
|
PMSM |
T = (3/2) × p × [λ_PM×i_q + (L_d - L_q)×i_d×i_q] |
λ_PM: thông lượng PM. i_d/i_q: dòng điện trục d/q. L_d/L_q: Độ tự cảm. |
Ghi chú mô-men xoắn PMSM:
Gắn trên bề mặt (SPMSM): L_d ≈ L_q → Mô-men xoắn chủ yếu từ thông lượng PM (i_q).
Bên trong (IPMSM): L_d ≠ L_q → Mô-men xoắn từ trở bổ sung giúp tối ưu hóa đầu ra.
Đặc điểm mô-men xoắn
|
tham số |
BLDC |
PMSM |
|
gợn sóng mô-men xoắn |
Cao (do chuyển mạch sóng vuông) |
Thấp (dòng hình sin + FOC) |
|
Kiểm soát độ chính xác |
Trung bình (phụ thuộc vào vòng lặp tốc độ) |
Cao (điều khiển dòng điện/mô-men xoắn trực tiếp) |
|
mô-men xoắn cực đại |
Bị giới hạn |
Cao hơn (trường suy yếu + mô-men xoắn từ trở) |
|
Công suất quá tải |
Trung bình |
Cao (giới hạn dòng điện nâng cao) |
|
Hiệu quả |
Cao (~85–90%) |
Rất cao (~90–95%, sóng hài thấp hơn) |
|
Khía cạnh |
BLDC |
PMSM |
|
Phương pháp kiểm soát |
Chuyển mạch sáu bước, cảm biến Hall |
FOC, DTC, trường suy yếu |
|
Thực hiện |
Đơn giản (vi điều khiển chi phí thấp) |
Phức tạp (yêu cầu DSP/FPGA) |
|
Chi phí |
Thấp |
Cao |
|
Phạm vi tốc độ |
Thu hẹp |
Rộng (kích hoạt trường suy yếu) |
Điểm mấu chốt:
BLDC: Dễ thực hiện, tiết kiệm chi phí nhưng phải đánh đổi độ mượt của mô-men xoắn.
PMSM: Hiệu suất vượt trội với FOC/DTC, đòi hỏi sức mạnh tính toán cao hơn.
Chọn BLDC khi:
Độ nhạy chi phí > độ chính xác của mô-men xoắn (ví dụ: quạt, máy bơm nước nhỏ, dụng cụ điện cơ bản).
Điều khiển đơn giản là đủ (ví dụ: bộ truyền động tốc độ cố định).
Cần có mô-men xoắn khởi động cao (nhưng độ gợn sóng có thể chấp nhận được).
Chọn PMSM Khi:
Các vấn đề về độ chính xác (robot, hệ thống servo, lực kéo EV).
Hiệu quả và gợn sóng mô-men xoắn thấp là rất quan trọng (hàng không vũ trụ, thiết bị y tế).
Cần có phạm vi tốc độ rộng (trục xoay, tự động hóa công nghiệp).
BLDC: "Workhorse" dành cho các ứng dụng có hiệu suất vừa phải, thân thiện với ngân sách.
PMSM: "Hiệu suất cao" dành cho các hệ thống có độ chính xác quan trọng, hiệu suất cao.
Mẹo chuyên nghiệp:
cho trang bị thêm, sự đơn giản của BLDC thường chiến thắng.
cho thiết kế mới, khả năng kiểm soát nâng cao của PMSM mang lại hiệu quả cao.
Hãy kết hợp động cơ với nhu cầu của bạn và mô-men xoắn sẽ không còn là trở ngại!
