Как бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC), так и бесщеточные двигатели переменного тока (BLAC) являются синхронными устройствами с постоянными магнитами. Они оба создают крутящий момент и скорость за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля в статоре и постоянных магнитов на роторе. Но, хотя они имеют много общего, различия в конструкции их статора создают разные формы обратной ЭДС и приводят к различным рабочим характеристикам.

Обратная ЭДС (электродвижущая сила) — это напряжение, генерируемое вращением двигателя. Он противостоит приложенному напряжению, в соответствии с Законом Ленца, и уменьшает ток, протекающий через катушки. Обратная ЭДС будет синусоидальной, если источник питания переменный, и трапециевидной, если источник питания постоянный.

Статор серводвигателя (также называемого синхронным двигателем с постоянными магнитами или PMSM) имеет скошенные магниты и перекрывающиеся обмотки, которые распределены синусоидально, что приводит к синусоидальной форме обратной ЭДС. Ток возбуждения, являющийся переменным, имеет синусоидальную природу и полностью соответствует форме сигнала обратной ЭДС. Комбинация трехфазного синусоидального тока возбуждения и синусоидальной обратной ЭДС обеспечивает очень постоянный выходной крутящий момент при практически нулевой пульсации крутящего момента. Синусоидальные формы колебаний также обеспечивают двигателям BLAC высокую эффективность и минимальный уровень шума и вибрации по сравнению с двигателями с трапециевидным током и обратной ЭДС.

Двигатели с синусоидальной обмоткой могут использовать синусоидальную коммутацию, при которой для определения положения ротора и применения правильной последовательности коммутации используется датчик Холла или устройство обратной связи. Целью синусоидальной коммутации является генерирование вращающегося вектора тока, который имеет постоянную величину и ортогональен или перпендикулярен ротору. (Напомним, что вектор имеет как величину, так и направление.) Для этого положение ротора должно определяться с высоким уровнем разрешения, поэтому для определения положения ротора чаще используются преобразователи или энкодеры, чем датчики Холла.

Коммутация — это процесс подачи тока на соответствующие обмотки статора для поддержания правильного угла между полями статора и ротора (постоянного магнита).

При синусоидальной коммутации с увеличением скорости начинает играть роль задержка по фазе, из-за чего поля статора и ротора не синхронизированы друг с другом. Управление, ориентированное на вектор магнитного потока (FOC), позволяет избежать ограничений скорости синусоидальной коммутации за счет прямого управления вектором тока. Проще говоря, это означает, что вместо модуляции вектора тока на основе синусоидальных волн величина вектора и квадратурное направление определяются относительно ротора. Это делает вектор тока статичным и независимым от вращения двигателя, аналогично управлению постоянным током, избегая ограничений скорости и тепловыделения, которые возникают при синусоидальной коммутации.

В то время как синусоидальная коммутация обеспечивает плавное движение и высокую эффективность на низких скоростях, управление, ориентированное на поле, позволяет достичь плавного движения и высокой эффективности в широком диапазоне скоростей.

Для более глубокого ознакомления с векторным управлением синхронными двигателями с постоянными магнитами Texas Instruments предлагает отличное руководство.