PMSM- of BLDC-motor: wat is het verschil tussen deze twee motoren met permanente magneten?
De technische specificaties vermelden soms een "BLDC"-motor, soms een "PMSM"-motor, en dat soms voor motoren die op het eerste gezicht identiek lijken. Dit is geen toeval: deze twee termen verwijzen naar zeer verwante varianten. Deze handleiding legt uit wat de werkelijke verschillen zijn, en waarom dit vooral belangrijk is voor de controller.
Het belangrijkste
- BLDC- en PMSM-motoren zijn beide borstelloze motoren met permanente magneten, die in hun basisopbouw op dezelfde manier zijn geconstrueerd.
- Het verschil zit in de vorm van de spanning die de motor produceert tijdens het draaien: een trapeziumvorm voor BLDC-motoren en een sinusvorm voor PMSM-motoren.
- Een BLDC-motor past van nature goed bij een pulsbreedtemodulatie-besturing (PWM), terwijl een PMSM-motor het beste werkt met een sinusvormige of vectoriële (FOC) besturing.
- In de praktijk werken de meeste motoren van elektrische scooters erg goed met de FOC-modus, ongeacht hun merk of model.
Wat ze gemeen hebben
De twee motoren hebben:
- van permanente magneten op het roterende deel, de rotor;
- van wikkelingen op het stationaire deel, de stator, verdeeld over drie fasen;
- geen borstels: dit is de controller die de stroom elektronisch schakelt, vandaar de naam "brushless", wat betekent "zonder borstels".
De naafmotor van een elektrische scooter is van dit type, met een bijzonder kenmerk: de rotor bevindt zich aan de buitenkant. De magneten zijn aan de binnenkant van de velg bevestigd, die draait rondom de stator die aan de as is bevestigd. We spreken dan van een motor met een externe rotor.
Het echte verschil: de tegengestelde elektromotorische kracht
Wanneer je een elektromotor met permanente magneten met de hand laat draaien, produceert deze een spanning aan de aansluitingen: dit is een dynamomachine. Deze spanning wordt de terugwerkende elektromotorische kracht genoemd. De vorm ervan hangt af van de manier waarop de spoelen zijn verdeeld en hoe de magneten zijn geconfigureerd.
| BLDC | PMSM | |
|---|---|---|
| Vorm van de opgewekte spanning | Trapeziumvormig (met vlakke plateaus en hellingen) | Sinusgolf |
| Natuurlijke bediening | Sinusgolf, zes stappen per omwenteling van de elektromotor | Sinusvormig of vectorieel (FOC) |
| Combineert een natuurlijke bediening | Lichte schommelingen bij elke schakeling | Zeer consistent |
| Typische sensoren | Drie Hall-sensoren zijn voldoende | Nauwkeurige positionering vereist: encoder, resolver of schatting |
Met een pulsbreedtemodulatie (PWM)-besturing wordt de stroom in stappen naar de motor gestuurd, waarbij twee fasen tegelijkertijd worden aangesproken. Als de spanning van de motor dezelfde vlakke vorm heeft, blijft het koppel bijna constant: dit is het principe van BLDC-motoren. Met een sinusvormige besturing varieert de stroom geleidelijk in de drie fasen; als de spanning van de motor ook sinusvormig is, is het koppel perfect soepel: dit is het principe van PMSM-motoren.
In werkelijkheid is de grens vaag
De meeste echte motoren bevinden zich ergens tussen deze twee: hun spanning is noch een perfecte trapeziumvorm, noch een zuivere sinusgolf. Daarom kan dezelfde motor voor een elektrische scooter onder verschillende namen worden verkocht.
In de praktijk, in de werkplaats, werken de meeste motorunits van elektrische scooters erg goed met vectorbesturing (FOC), wat ze stiller en soepeler maakt dan bij pulswijdtemodulatie. De exacte vorm van hun spanning heeft slechts een secundair effect op het resultaat.
En wat betreft de synchrone motor en de asynchrone motor?
« Synchroon » betekent dat de rotor precies in het tempo draait van het magnetisch veld dat wordt gecreëerd door de spoelen: dit is het geval bij motoren met magneten, zoals BLDC en PMSM. De asynchrone motor heeft daarentegen geen magneten: het magnetische veld van de rotor wordt geïnduceerd door de stator, en de rotor draait iets langzamer dan het magnetische veld. Deze motor is robuust en bevat geen magneten, maar is minder compact bij hetzelfde vermogen, en komt zelden voor in kleine voertuigen.
Magneten aan de oppervlakte of inwendig
Onder de PMSM-motoren onderscheiden we nog motoren met magneten die aan de oppervlakte van de rotor zijn bevestigd (SPM) en die met magneten die zich in het midden van de rotor bevinden (IPM). Dit verschil heeft een grote invloed op het gedrag bij hoge snelheid: dit wordt verder uitgelegd in onze handleiding IPM- en SPM-motoren.
Wat verandert er wanneer je een motor kiest?
- De naam, BLDC of PMSM, is minder belangrijk dan de spanning, de maximale stroom, de koeling en de constante van de motor. Zie onze handleiding over Kv, Kt en het aantal polen.
- De controller moet in staat zijn om de sensoren te lezen die op de motor zijn geïnstalleerd.
- Onze motoren voor elektrische scooters zijn borstelloze motoren, verkrijgbaar in versies met hoge snelheid en hoog koppel.
Veelgestelde vragen
Kan een BLDC-motor bestuurd worden met FOC?
Ja. Vectorbesturing werkt zeer goed op de meeste zogenaamde BLDC-motoren, met als voordeel een stillere en soepelere werking. Het koppel kan lichte schommelingen vertonen als de spanning van de motor sterk afwijkt van een sinusgolf, maar dit is zelden storend.
Hoe kan ik bepalen of mijn motor een BLDC- of een PMSM-motor is?
Bij het observeren van de spanning tussen twee fasen met een oscilloscoop, terwijl de motor met de hand wordt gedraaid: een regelmatige sinusgolf duidt op een PMSM-motor, terwijl vlakke plateaus wijzen op een BLDC-motor. In de praktijk is het bijna nooit nodig om dit te weten.
Is de motor van een elektrische scooter synchroon?
Ja. Het is een motor met permanente magneten, en dus een synchrone motor: de rotatiesnelheid is direct gerelateerd aan de frequentie van de stroom die de controller erin pompt.