¿Cómo se puede lograr una fuerza contraelectromotriz sinusoidal en PMSM y una fuerza contraelectromotriz trapezoidal en BLDC? ¿Cuáles son las diferencias de bobinado?

Los imanes y las caras de los polos se pueden moldear y posicionar para lograr una fuerza contraelectromotriz más 'trapezoidal'. Diferentes patrones de bobinado también pueden tener un efecto.

Sin embargo, sospecho que a menudo no se hace coincidir back-emf con la forma de onda de la unidad, porque las formas de onda back-emf reales de BLDC están por todas partes. Aquí hay algunas trazas de alcance que muestran las formas de onda de fase a fase de 3 motores que probé (los pulsos verticales son impulsores de PWM, la fuerza contraelectromotriz es la forma de onda intermedia que ocurre cuando las fases no están accionadas):-

Estos son todos pequeños motores BLDC 'in-runner' clasificados para 100-300 Watts, diseñados para impulsar aviones modelo RC. Los primeros dos motores tienen estatores de hierro ranurado. Uno produce cerca de trapezoide back-emf, el otro no se acerca.

El último rastro es de un motor sin núcleo y sin hierro, lo que explica su back-emf de onda sinusoidal casi perfecta. A pesar de tener una forma de onda de fuerza contraelectromotriz "subóptima", este motor (que solo pesa 28 gramos) produce 90 W a 60 000 rpm con una eficiencia del 83 %.

Primero se debe considerar la configuración general de diseño del motor. Eso incluye si el entrehierro es radial o axial, si el motor tiene un rotor interior o exterior y si se utiliza la estructura convencional o de garra.

Para un motor convencional con un rotor interior, se considerarían las siguientes características de diseño: La influencia del devanado del estator en la forma de onda de la fuerza contraelectromotriz está determinada por la forma en que los devanados del estator se distribuyen entre las ranuras del rotor, el número de ranuras del rotor por polo, el diámetro de la ranura y el ángulo de inclinación de las ranuras. El diseño del rotor también influye en la forma de onda de la fuerza contraelectromotriz. Los factores relevantes incluyen el uso de imanes permanentes interiores frente a imanes permanentes de superficie, el ángulo de inclinación de los imanes y la geometría de los imanes.

Re revisión de la pregunta

La configuración de diseño en cuestión parece tener un rotor exterior que es un anillo de material homogéneo que está magnetizado en un patrón NS alterno. Eso daría como resultado que los imanes no tengan bordes definidos. Eso tendería a suavizar el borde de la forma de onda bemf resultante haciéndola más sinusoidal.

El estator interno podría tener bobinados distribuidos hasta cierto punto, pero no suficiente espacio para muchas opciones en cuanto a número de ranura o patrón de bobinado.

La distribución de flujo probablemente esté lejos de ser sinusoidal, pero hay suficientes factores en el diseño que suprimen los armónicos de orden superior para que la corriente parezca algo más sinusoidal que trapezoidal.

La mayoría de los motores están más cerca de las sinusoides que de las formas de onda trapezoidales. (si encuentra uno que sea muy trapezoidal, ¡hágamelo saber!) La diferencia es la distribución espacial de los devanados. El fabricante puede diseñar los devanados del estator en un BLDC para que sean sinusoidales o no sinusoidales.

En este caso, ¿cómo puedo calcular la constante fem inversa?

Muy fácil. Con el motor desconectado de la electrónica de accionamiento:

• Haga girar un motor a velocidad constante (normalmente 1000 RPM, pero puede ser cualquier cosa, siempre que esté por debajo de la velocidad nominal del motor, pero no demasiado por debajo de ella)
• Mida el voltaje RMS entre dos terminales cualesquiera con un DMM
• Mida la velocidad con un tacómetro, o tomando la frecuencia eléctrica de backemf en un osciloscopio y dividiéndola por el número de pares de polos (vea la hoja de datos del motor, o coloque corriente CC en un par de terminales y cuente el número de puntos de equilibrio por rotación mecánica )
• Calcule el voltaje dividido por la velocidad, por ejemplo, 10 Vrms / 2000 RPM = 5 Vrms/KRPM línea a línea.

El campo magnético de un motor sinusoidal tiene un perfil tal que la intensidad del campo con respecto a la posición angular es sinusoidal. Un imán en un motor BLDC generalmente tiene una sección transversal uniforme. Esto da como resultado una respuesta más cuadrada. En la práctica, la respuesta cuadrada tiene características de subida y bajada bastante lineales, lo que da como resultado una respuesta trapezoidal.

Este gráfico es de TI / Texas Instruments