Prosta konstrukcja Neodymowy silnik z magnesami trwałymi PMM 5,5 kW-3000 kW

Dlaczego warto wybrać silniki prądu przemiennego z magnesami trwałymi?
 
Silniki prądu przemiennego z magnesami trwałymi (PMAC) oferują kilka zalet w porównaniu z innymi typami silników, w tym:
 
Wysoka wydajność: Silniki PMAC są bardzo wydajne ze względu na brak strat miedzianych wirnika i zmniejszone straty uzwojenia.Mogą osiągnąć sprawność do 97%, co skutkuje znaczną oszczędnością energii.
 
Wysoka gęstość mocy: Silniki PMAC mają wyższą gęstość mocy w porównaniu z innymi typami silników, co oznacza, że ​​mogą wytwarzać więcej mocy na jednostkę wielkości i wagi.Dzięki temu idealnie nadają się do zastosowań, w których przestrzeń jest ograniczona.
 
Wysoka gęstość momentu obrotowego: Silniki PMAC mają wysoką gęstość momentu obrotowego, co oznacza, że ​​mogą wytwarzać większy moment obrotowy na jednostkę wielkości i wagi.Dzięki temu idealnie nadają się do zastosowań, w których wymagany jest wysoki moment obrotowy.
 
Ograniczona konserwacja: ponieważ silniki PMAC nie mają szczotek, wymagają mniej konserwacji i mają dłuższą żywotność niż inne typy silników.
 
Ulepszona kontrola: Silniki PMAC mają lepszą kontrolę prędkości i momentu obrotowego w porównaniu z innymi typami silników, co czyni je idealnymi do zastosowań, w których wymagana jest precyzyjna kontrola.
 
Przyjazny dla środowiska: silniki PMAC są bardziej przyjazne dla środowiska niż inne typy silników, ponieważ wykorzystują metale ziem rzadkich, które są łatwiejsze do recyklingu i wytwarzają mniej odpadów w porównaniu z innymi typami silników.
 
Ogólnie rzecz biorąc, zalety silników PMAC sprawiają, że są one doskonałym wyborem do szerokiego zakresu zastosowań, w tym pojazdów elektrycznych, maszyn przemysłowych i systemów energii odnawialnej.
 
 
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.

Działanie silnika synchronicznego z magnesami trwałymi:

Działanie silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest bardzo proste, szybkie i efektywne w porównaniu z silnikami konwencjonalnymi.Działanie PMSM zależy od wirującego pola magnetycznego stojana i stałego pola magnetycznego wirnika.Magnesy trwałe służą jako wirnik do wytwarzania stałego strumienia magnetycznego oraz działają i blokują się z prędkością synchroniczną.Te typy silników są podobne do bezszczotkowych silników prądu stałego.

Grupy wskazów powstają poprzez połączenie ze sobą uzwojeń stojana.Te grupy wskazów są połączone ze sobą, tworząc różne połączenia, takie jak gwiazda, delta oraz podwójne i pojedyncze fazy.Aby zredukować napięcia harmoniczne, uzwojenia powinny być krótko nawinięte względem siebie.

Kiedy trójfazowe zasilanie prądem przemiennym jest dostarczane do stojana, wytwarza on wirujące pole magnetyczne, a stałe pole magnetyczne jest indukowane przez magnes stały wirnika.Wirnik ten pracuje synchronicznie z prędkością synchroniczną.Cała praca PMSM zależy od szczeliny powietrznej między stojanem a wirnikiem bez obciążenia.

Jeśli szczelina powietrzna jest duża, straty powietrza silnika zostaną zmniejszone.Bieguny pola utworzone przez magnes stały są wyraźne.Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi nie są silnikami samoczynnymi.Dlatego konieczne jest elektroniczne sterowanie zmienną częstotliwością stojana.
 
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

Budowa silnika IPM (wewnętrzny magnes trwały).

Konwencjonalny silnik SPM (surface permanent magnet) ma konstrukcję, w której magnes trwały jest przymocowany do powierzchni wirnika.Wykorzystuje tylko moment magnetyczny z magnesu.Z drugiej strony silnik IPM oprócz momentu magnetycznego wykorzystuje reluktancję wynikającą z oporu magnetycznego poprzez osadzenie magnesu stałego w samym wirniku.

SPM vs IPM Struktura wirnika silnika

Właściwości silnika IPM (wewnętrzny magnes trwały).

Wysoki moment obrotowy i wysoka wydajność
Wysoki moment obrotowy i wysoką moc wyjściową uzyskuje się dzięki zastosowaniu momentu reluktancyjnego oprócz momentu magnetycznego.

Energooszczędna praca
Zużywa do 30% mniej energii w porównaniu do konwencjonalnych silników SPM.

Szybki obrót
Może reagować na szybkie obroty silnika, kontrolując dwa rodzaje momentu obrotowego za pomocą sterowania wektorowego.

Bezpieczeństwo
Ponieważ magnes stały jest osadzony, bezpieczeństwo mechaniczne jest większe, ponieważ w przeciwieństwie do SPM magnes nie odłącza się pod wpływem siły odśrodkowej.

Funkcje sterowania wektorowego

Podczas gdy w konwencjonalnym systemie (układ przewodzenia 120 stopni) prąd wywierany jest na silnik w postaci fali prostokątnej, sterowanie wektorowe wywiera wrażenie na napięcie, które zmienia się w falę sinusoidalną w kierunku położenia wirnika (kąta magnesu), dzięki czemu możliwe staje się kontrolować prąd silnika.

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi ma następujące cechy:

1. Wydajność znamionowa jest o 2% do 5% wyższa niż w przypadku zwykłych silników asynchronicznych;

2. Sprawność szybko rośnie wraz ze wzrostem obciążenia.Gdy obciążenie zmienia się w zakresie od 25% do 120%, zachowuje wysoką sprawność.Zakres pracy o wysokiej sprawności jest znacznie wyższy niż w przypadku zwykłych silników asynchronicznych.Małe obciążenie, zmienne obciążenie i pełne obciążenie mają znaczący wpływ na oszczędność energii;

3. Współczynniki mocy do 0,95 i więcej, nie jest wymagana kompensacja bierna;

4. Współczynnik mocy jest znacznie poprawiony.W porównaniu z silnikami asynchronicznymi prąd roboczy jest zmniejszony o ponad 10%.Dzięki zmniejszeniu prądu roboczego i strat systemowych można osiągnąć efekty oszczędności energii na poziomie około 1%.

5. Niski wzrost temperatury, wysoka gęstość mocy: 20 K niższy niż trójfazowy wzrost temperatury silnika asynchronicznego, wzrost temperatury projektowej jest taki sam i można go przekształcić w mniejszą objętość, oszczędzając bardziej efektywne materiały;

6. Wysoki moment rozruchowy i wysoka przeciążalność: zgodnie z wymaganiami można go zaprojektować z wysokim momentem rozruchowym (3-5 razy) i dużą przeciążalnością;

7. Stosowany jest system sterowania prędkością o zmiennej częstotliwości, który jest lepszy w odpowiedzi dynamicznej i lepszy niż w przypadku silników asynchronicznych.

8. Wymiary montażowe są takie same jak obecnie szeroko stosowane silniki asynchroniczne, a konstrukcja i wybór są bardzo wygodne.

9. Ze względu na wzrost współczynnika mocy wizualna moc transformatora systemu zasilania jest znacznie zmniejszona, co poprawia wydajność zasilania transformatora, a także może znacznie obniżyć koszt kabla systemowego (nowy projekt);

10. Po zbudowaniu nowego projektu wszystkie układy napędowe wykorzystują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, inwestycja w projekt jest zasadniczo taka sama jak w przypadku silników asynchronicznych, a projekt może nadal uzyskiwać korzyści w zakresie oszczędności energii po wprowadzeniu projektu operacja;

W ogólnym sektorze przemysłowym, zastępując niskonapięciowe (380/660/1140V) wysokowydajne silniki asynchroniczne, system oszczędza od 5% do 30% energii, a wysokonapięciowe (6kV/10kV) wysokosprawne silniki asynchroniczne , system oszczędza od 2% do 10%.