Bezszczotkowy bezprzekładniowy silnik elektryczny z magnesami trwałymi Silnik elektryczny PMAC o niskim poziomie hałasu

Jakie aplikacje wykorzystują silniki PMSM?

‍

Branże korzystające z silników PMSM obejmują przemysł metalurgiczny, ceramiczny, gumowy, naftowy, tekstylny i wiele innych.Silniki PMSM można zaprojektować do pracy z prędkością synchroniczną przy zasilaniu o stałym napięciu i częstotliwości, a także do zastosowań z napędem o zmiennej prędkości (VSD).Ze względu na wysoką wydajność oraz gęstość mocy i momentu obrotowego są one na ogół lepszym wyborem w zastosowaniach o wysokim momencie obrotowym, takich jak miksery, szlifierki, pompy, wentylatory, dmuchawy, przenośniki i zastosowania przemysłowe, w których tradycyjnie stosowane są silniki indukcyjne.

Zalety silników z magnesami trwałymi ziem rzadkich

Wysoka sprawność: krzywa sprawności silnika asynchronicznego generalnie spada szybciej poniżej 60% obciążenia znamionowego, a sprawność jest bardzo niska przy niewielkim obciążeniu.Krzywa sprawności silnika z magnesami trwałymi ziem rzadkich jest wysoka i płaska i znajduje się w obszarze wysokiej sprawności przy 20% ~ 120% obciążenia znamionowego.

Wysoki współczynnik mocy: Zmierzona wartość współczynnika mocy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi ziem rzadkich jest bliska wartości granicznej 1,0.Krzywa współczynnika mocy jest równie wysoka i płaska jak krzywa sprawności.Współczynnik mocy jest wysoki.Kompensacja mocy biernej niskiego napięcia nie jest wymagana, a wydajność systemu dystrybucji energii jest w pełni wykorzystana.

Prąd stojana jest mały: wirnik nie ma prądu wzbudzenia, moc bierna jest zmniejszona, a prąd stojana jest znacznie zmniejszony.W porównaniu z silnikiem asynchronicznym o tej samej mocy, wartość prądu stojana można zmniejszyć o 30% do 50%.Jednocześnie, ponieważ prąd stojana jest znacznie zmniejszony, wzrost temperatury silnika jest zmniejszony, a smar łożyskowy i żywotność łożyska są wydłużone.

Wysoki moment obrotowy poza krokiem i moment wciągania: Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi ziem rzadkich mają wyższy moment obrotowy poza krokiem i moment wciągania, co sprawia, że ​​silnik ma większą obciążalność i można go płynnie wciągnąć do synchronizacji.

Wady silników z magnesami trwałymi ziem rzadkich

Wysoki koszt: w porównaniu z silnikiem asynchronicznym o tej samej specyfikacji, szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem jest mniejsza, a dokładność przetwarzania każdego elementu jest wysoka;konstrukcja wirnika jest bardziej skomplikowana, a cena materiału ze stali magnetycznej ziem rzadkich jest wysoka;dlatego koszt produkcji silnika jest wysoki, co jest wspólne dla silników asynchronicznych Około 2 razy.

Duży wpływ przy rozruchu z pełną mocą: Podczas rozruchu z pełnym ciśnieniem prędkość synchroniczną można uzyskać w bardzo krótkim czasie.Wstrząs mechaniczny jest duży.Prąd rozruchowy jest ponad 10 razy większy niż prąd znamionowy.Wpływ na system zasilania jest duży, co wymaga dużej wydajności systemu zasilania.

Stal z magnesami ziem rzadkich jest łatwa do rozmagnesowania: gdy materiał magnesu trwałego jest poddawany wibracjom, wysokiej temperaturze i prądowi przeciążeniowemu, jego przepuszczalność magnetyczna może się zmniejszyć lub występuje zjawisko rozmagnesowania, które zmniejsza wydajność silnika z magnesami trwałymi.

Struktury silnikowe PM
Konstrukcje silników PM można podzielić na dwie kategorie: wewnętrzne i powierzchniowe.Każda kategoria ma swój podzbiór kategorii.Powierzchniowy silnik z magnesami trwałymi może mieć magnesy na powierzchni wirnika lub w nim być, aby zwiększyć solidność konstrukcji.Pozycjonowanie i konstrukcja wewnętrznego silnika z magnesami trwałymi mogą się znacznie różnić.Magnesy silnika IPM można wstawić jako duży blok lub naprzemiennie, gdy zbliżają się do rdzenia.Inną metodą jest osadzanie ich we wzorze szprych.

Zmiana indukcyjności silnika PM z obciążeniem
Tylko tyle strumienia można połączyć z kawałkiem żelaza, aby wytworzyć moment obrotowy.W końcu żelazo nasyci się i nie będzie już pozwalać na łączenie strumienia.Rezultatem jest zmniejszenie indukcyjności ścieżki pokonanej przez pole strumienia.W maszynie PM wartości indukcyjności osi d i osi q zmniejszają się wraz ze wzrostem prądu obciążenia.

Indukcyjności osi d i q silnika SPM są prawie identyczne.Ponieważ magnes znajduje się na zewnątrz wirnika, indukcyjność osi q będzie spadać z taką samą szybkością, jak indukcyjność osi d.Jednak indukcyjność silnika IPM zmniejszy się inaczej.Ponownie, indukcyjność osi d jest naturalnie niższa, ponieważ magnes znajduje się na ścieżce strumienia i nie generuje właściwości indukcyjnych.Dlatego na osi d jest mniej żelaza do nasycenia, co skutkuje znacznie mniejszą redukcją strumienia w stosunku do osi q.

Osłabienie/wzmocnienie strumienia silników PM
Strumień w silniku z magnesami trwałymi jest generowany przez magnesy.Pole strumienia porusza się po określonej ścieżce, którą można wzmocnić lub przeciwstawić.Wzmocnienie lub zintensyfikowanie pola strumienia pozwoli silnikowi tymczasowo zwiększyć generowany moment obrotowy.Sprzeciwienie się polu strumienia spowoduje zanegowanie istniejącego pola magnetycznego silnika.Zmniejszone pole magnetyczne ograniczy wytwarzanie momentu obrotowego, ale zmniejszy napięcie wstecznej siły elektromotorycznej.Zmniejszone napięcie wstecznej siły elektromotorycznej zwalnia napięcie, aby popychać silnik do pracy z wyższymi prędkościami wyjściowymi.Oba rodzaje pracy wymagają dodatkowego prądu silnika.Kierunek prądu silnika wzdłuż osi d, zapewniany przez sterownik silnika, określa pożądany efekt.

IPM kontra SPM

Silnik z magnesami trwałymi (zwany także PM) można podzielić na dwie główne kategorie: wewnętrzny magnes trwały (IPM) i trwały magnes powierzchniowy (SPM).Oba typy generują strumień magnetyczny przez magnesy trwałe przymocowane do lub wewnątrz wirnika.

SPM

POWIERZCHNIOWY MAGNES TRWAŁY

Typ silnika, w którym magnesy trwałe są przymocowane do obwodu wirnika.

Silniki SPM mają magnesy przymocowane do zewnętrznej powierzchni wirnika, ich wytrzymałość mechaniczna jest więc słabsza niż w przypadku silników IPM.Osłabiona wytrzymałość mechaniczna ogranicza maksymalną bezpieczną prędkość mechaniczną silnika.Ponadto silniki te wykazują bardzo ograniczoną istotność magnetyczną (Ld ≈ Lq).Wartości indukcyjności mierzone na zaciskach wirnika są stałe niezależnie od położenia wirnika.Ze względu na bliski jedności współczynnik istotności, konstrukcje silników SPM polegają w znacznym stopniu, jeśli nie całkowicie, na składowej momentu magnetycznego w celu wytworzenia momentu obrotowego.

IPM

WEWNĘTRZNY MAGNES TRWAŁY

Typ silnika z wirnikiem osadzonym w magnesach trwałych nazywa się IPM.

Silniki IPM mają magnes stały osadzony w samym wirniku.W przeciwieństwie do swoich odpowiedników SPM, lokalizacja magnesów trwałych sprawia, że ​​silniki IPM są bardzo solidne mechanicznie i nadają się do pracy z bardzo dużymi prędkościami.Silniki te charakteryzują się również stosunkowo wysokim współczynnikiem istotności magnetycznej (Lq > Ld).Ze względu na swoją istotność magnetyczną silnik IPM ma zdolność generowania momentu obrotowego, wykorzystując zarówno komponenty magnetyczne, jak i reluktancyjne momentu obrotowego silnika.

Równanie pola elektromagnetycznego i momentu obrotowego

W maszynie synchronicznej średnia siła elektromotoryczna indukowana na fazę jest nazywana polem elektromagnetycznym indukującym dynamikę w silniku synchronicznym, strumień wycinany przez każdy przewodnik na obrót wynosi Pϕ Webera

Wtedy czas potrzebny na wykonanie jednego obrotu wynosi 60/N sek

Średnią EMF indukowaną na przewodnik można obliczyć za pomocą

( PϕN / 60 ) x Zph = ( PϕN / 60 ) x 2Tph

Gdzie Tph = Zph / 2

Dlatego średni EMF na fazę wynosi,

= 4 x ϕ x Tph x PN/120 = 4ϕfTph

Gdzie Tph = nie.Zwojów połączonych szeregowo na fazę

ϕ = strumień/biegun w Weberze

P = nie.biegunów

F= częstotliwość w Hz

Zph= nie.Z przewodów połączonych szeregowo na fazę.= Zph/3

Równanie EMF zależy od cewek i przewodników na stojanie.W przypadku tego silnika uwzględniany jest również współczynnik dystrybucji Kd i współczynnik skoku Kp.

Stąd E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

Równanie momentu obrotowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest podane jako

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Trend rozwojowy silników z magnesami trwałymi z metali ziem rzadkich

Silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich rozwijają się w kierunku dużej mocy (wysoka prędkość, wysoki moment obrotowy), wysokiej funkcjonalności i miniaturyzacji oraz stale poszerzają nowe odmiany silników i obszary zastosowań, a perspektywy zastosowania są bardzo optymistyczne.Aby sprostać potrzebom, proces projektowania i produkcji silników z magnesami trwałymi ziem rzadkich nadal wymaga ciągłych innowacji, struktura elektromagnetyczna będzie bardziej złożona, struktura obliczeniowa będzie dokładniejsza, a proces produkcyjny będzie bardziej zaawansowany i odpowiedni.