Niskoszumowy, wysokowydajny 3-fazowy silnik PMSM 500 kW Bezobsługowy dla wytłaczarki z tworzywa sztucznego

Różnice między silnikiem z magnesami trwałymi a silnikiem asynchronicznym

01. Struktura wirnika

Silnik asynchroniczny: Wirnik składa się z żelaznego rdzenia i uzwojenia, głównie wirników klatkowych i drutowych.Wirnik klatkowy jest odlewany z aluminiowych prętów.Pole magnetyczne pręta aluminiowego przecinającego stojan napędza wirnik.

Silnik PMSM: Magnesy trwałe są osadzone w biegunach magnetycznych wirnika i są wprawiane w ruch obrotowy przez wirujące pole magnetyczne generowane w stojanie zgodnie z zasadą, że bieguny magnetyczne tej samej fazy przyciągają różne odpychania.

02. Wydajność

Silniki asynchroniczne: muszą pobierać prąd ze wzbudzenia sieci, co powoduje pewną utratę energii, prądu biernego silnika i niskiego współczynnika mocy.

Silnik PMSM: Pole magnetyczne jest wytwarzane przez magnesy trwałe, wirnik nie potrzebuje prądu wzbudzającego, a wydajność silnika jest lepsza.

03. Objętość i waga

Zastosowanie wysokowydajnych materiałów z magnesami trwałymi sprawia, że ​​pole magnetyczne szczeliny powietrznej silników synchronicznych z magnesami trwałymi jest większe niż w przypadku silników asynchronicznych.Rozmiar i waga są zmniejszone w porównaniu z silnikami asynchronicznymi.Będzie o jeden lub dwa rozmiary mniejsze niż silniki asynchroniczne.

04. Prąd rozruchowy silnika

Silnik asynchroniczny: jest uruchamiany bezpośrednio przez energię elektryczną o częstotliwości sieciowej, a prąd rozruchowy jest duży, który może osiągnąć 5 do 7 razy prąd znamionowy, co ma ogromny wpływ na sieć energetyczną w jednej chwili.Duży prąd rozruchowy powoduje wzrost spadku napięcia rezystancji upływowej uzwojenia stojana, a moment rozruchowy jest mały, więc nie można uzyskać rozruchu przy dużym obciążeniu.Nawet jeśli używany jest falownik, można go uruchomić tylko w zakresie znamionowego prądu wyjściowego.

Silnik PMSM: jest napędzany przez dedykowany sterownik, który nie spełnia znamionowych wymagań wyjściowych reduktora.Rzeczywisty prąd rozruchowy jest mały, prąd jest stopniowo zwiększany w zależności od obciążenia, a moment rozruchowy jest duży.

05. Współczynnik mocy

Silniki asynchroniczne mają niski współczynnik mocy, muszą pochłaniać dużą ilość prądu biernego z sieci energetycznej, duży prąd rozruchowy silników asynchronicznych spowoduje krótkotrwały wpływ na sieć energetyczną, a długotrwałe użytkowanie spowoduje pewne uszkodzenia do urządzeń sieci elektroenergetycznej i transformatorów.Konieczne jest dodanie jednostek kompensacji mocy i wykonanie kompensacji mocy biernej, aby zapewnić jakość sieci elektroenergetycznej i zwiększyć koszty użytkowania urządzeń.

W wirniku silnika synchronicznego z magnesami trwałymi nie występuje prąd indukowany, a współczynnik mocy silnika jest wysoki, co poprawia współczynnik jakości sieci elektroenergetycznej i eliminuje konieczność instalowania kompensatora.

06. Konserwacja

Konstrukcja silnika asynchronicznego + reduktora będzie generować wibracje, ciepło, wysoką awaryjność, duże zużycie smaru i wysokie koszty konserwacji ręcznej;spowoduje to pewne straty związane z przestojami.

Trójfazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi bezpośrednio napędza sprzęt.Ponieważ reduktor jest wyeliminowany, prędkość wyjściowa silnika jest niska, hałas mechaniczny jest niski, wibracje mechaniczne są małe, a wskaźnik awaryjności jest niski.Cały układ napędowy jest prawie bezobsługowy.

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 uwzględniono 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

Silniki prądu przemiennego z magnesami trwałymi (PMAC) mają szeroki zakres zastosowań, w tym:

Maszyny przemysłowe: Silniki PMAC są wykorzystywane w różnych zastosowaniach maszyn przemysłowych, takich jak pompy, sprężarki, wentylatory i obrabiarki.Oferują wysoką wydajność, dużą gęstość mocy i precyzyjną kontrolę, co czyni je idealnymi do tych zastosowań.

Robotyka: Silniki PMAC są stosowane w robotyce i automatyce, gdzie oferują wysoką gęstość momentu obrotowego, precyzyjną kontrolę i wysoką wydajność.Są często stosowane w ramionach robotów, chwytakach i innych systemach sterowania ruchem.

Systemy HVAC: Silniki PMAC są stosowane w systemach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (HVAC), gdzie zapewniają wysoką wydajność, precyzyjne sterowanie i niski poziom hałasu.Są one często stosowane w wentylatorach i pompach w tych systemach.

Systemy energii odnawialnej: Silniki PMAC są stosowane w systemach energii odnawialnej, takich jak turbiny wiatrowe i urządzenia śledzące energię słoneczną, gdzie oferują wysoką wydajność, dużą gęstość mocy i precyzyjne sterowanie.Są często stosowane w generatorach i systemach śledzenia w tych systemach.

Sprzęt medyczny: Silniki PMAC są stosowane w sprzęcie medycznym, takim jak urządzenia do rezonansu magnetycznego, gdzie zapewniają wysoką gęstość momentu obrotowego, precyzyjną kontrolę i niski poziom hałasu.Są one często stosowane w silnikach napędzających ruchome części tych maszyn.

SPM kontra IPM

Silnik PM można podzielić na dwie główne kategorie: silniki z magnesami trwałymi powierzchniowymi (SPM) i silniki z magnesami trwałymi wewnętrznymi (IPM).Żaden typ konstrukcji silnika nie zawiera prętów wirnika.Oba typy generują strumień magnetyczny przez magnesy trwałe przymocowane do lub wewnątrz wirnika.

Silniki SPM mają magnesy przymocowane do zewnętrznej powierzchni wirnika.Z powodu tego mechanicznego mocowania ich wytrzymałość mechaniczna jest 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.

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.

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.

Jakie czynniki należy wziąć pod uwagę przy wyborze silnika z magnesami trwałymi?

① Rozważ swoje wymagania dotyczące aplikacji

Pierwszym krokiem przy wyborze silnika z magnesem neodymowym jest rozważenie wymagań aplikacji.Jakiej mocy wyjściowej potrzebujesz?Jakie wymagania dotyczące prędkości i momentu obrotowego ma Twoja aplikacja?Odpowiedzi na te pytania pomogą zawęzić opcje i wybrać silnik, który będzie działał w konkretnym zastosowaniu.

② Koszt

Oczywiście koszt jest zawsze czynnikiem przy dokonywaniu jakiegokolwiek zakupu — dotyczy to również wyboru silnika.Ceny silników z magnesami trwałymi mogą wahać się od kilkuset dolarów do kilku tysięcy.Przed podjęciem decyzji porównaj ceny różnych dostawców.Ale pamiętaj też, że czasami dostajesz to, za co płacisz.Więc nie wybieraj najtańszej opcji bez uprzedniego zbadania.

③ Rozmiar/waga

Rozmiar i waga silnika zostaną określone na podstawie wymagań dotyczących mocy i zastosowania, w którym będzie on używany.Jeśli przestrzeń jest na wagę złota, musisz wziąć to pod uwagę w procesie podejmowania decyzji.

④ Konserwacja

Silniki z magnesami neodymowymi są na ogół bardzo łatwe w utrzymaniu, ale nadal ważne jest rozważenie, jak łatwe lub trudne będzie wykonywanie rutynowych czynności konserwacyjnych, takich jak wymiana oleju i naprawa hamulców.

⑤ Wymagania dotyczące wydajności

Sprawność to kolejna ważna kwestia przy wyborze silnika z magnesami trwałymi.Silniki o wyższej sprawności zużywają mniej energii, co w dłuższej perspektywie pozwala zaoszczędzić pieniądze.Porównując oceny wydajności, pamiętaj, aby porównać jabłka z jabłkami, patrząc na silniki o tej samej wielkości i podobnej mocy wyjściowej.

⑥ Trwałość

Silniki z magnesami trwałymi są przeznaczone do długotrwałego użytkowania, ale niektóre modele są trwalsze niż inne.Jeśli Twoja aplikacja jest szczególnie wymagająca, musisz upewnić się, że wybierasz silnik, który sprosta rygorom Twojej konkretnej aplikacji.

⑦ Opcje montażu

Jak będzie montowany silnik?Niektóre silniki są dostarczane z wieloma opcjami montażu, podczas gdy inne są ograniczone tylko do jednej lub dwóch możliwości.Musisz upewnić się, że wybrany silnik można zamontować w sposób wymagany dla danego zastosowania.

⑧ Wybierz właściwego dostawcę

Na koniec upewnij się, że wybrałeś odpowiedniego dostawcę.Współpraca z renomowanym dostawcą, który ma doświadczenie w projektowaniu i produkcji silników PM, pomoże zapewnić, że otrzymasz produkt wysokiej jakości, który spełni Twoje specyficzne potrzeby.