Przemysłowy trójfazowy silnik prądu przemiennego PMSM Niski prąd rozruchowy dla przenośnika taśmowego

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.

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.

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.

Dlaczego warto wybrać silnik IPM zamiast SPM?

1. Wysoki moment obrotowy uzyskuje się przez zastosowanie momentu reluktancyjnego jako dodatku do momentu magnetycznego.

2. Silniki IPM zużywają do 30% mniej energii w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami elektrycznymi.

3. Zwiększone bezpieczeństwo mechaniczne, ponieważ w przeciwieństwie do SPM magnes nie odłącza się pod wpływem siły odśrodkowej.

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

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.

Bieguny i zębatki silnika

Bieguny silnika to po prostu punkty magnetyczne północ-południe na stojanie i wirniku.W PMACM bieguny te są stałe w wirniku i są przełączane w stojanie w celu wywołania ruchu obrotowego.Może wystąpić zjawisko zwane zazębieniem silnika, w którym ciągłe pokonywanie przyciągania i odpychania magnesów trwałych powoduje niepożądane szarpanie podczas obracania się wirnika.Zazębianie zwykle występuje podczas uruchamiania silnika i może powodować wibracje, hałas i nierówne obroty.Zwiększenie liczby biegunów w PMACM pomaga zmniejszyć ten problem, a także efekt tętnienia momentu obrotowego.Dlatego PMACM mają zwykle więcej biegunów niż silniki indukcyjne, co sugeruje, że potrzebują wyższej częstotliwości wejściowej, aby osiągnąć podobne prędkości obrotowe.

Istnieje wiele sposobów uruchamiania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, w tym rozruch bezpośredni, samosprzęgający rozruch dekompresyjny, rozruch dekompresyjny Y-Δ, łagodny rozruch, rozruch z falownikiem itp. Jaka jest między nimi różnica?

1. Gdy pojemność i obciążenie sieci pozwalają na bezpośredni rozruch przy pełnym napięciu, można rozważyć rozruch bezpośredni przy pełnym napięciu.Zaletami są wygodna obsługa i sterowanie, prosta konserwacja i wysoka ekonomiczność.Służy głównie do uruchamiania silników małej mocy.

2. Automatyczna skrzynia biegów zaczyna korzystać z wielodotyku automatycznej skrzyni biegów w celu zmniejszenia ciśnienia, co może nie tylko zaspokoić potrzeby różnych obciążeń, ale także moment rozruchowy będzie większy.Jest to metoda rozruchu dekompresyjnego i jest często używana do uruchamiania silników o dużej pojemności.

3. Y-Δ zaczyna działać normalnie.Silnik asynchroniczny klatkowy jest uzwojony i połączony ze stojanem w trójkąt.Jeśli stojan zostanie uzwojony w gwiazdę podczas rozruchu, a następnie podłączony do trójkąta po uruchomieniu, prąd rozruchowy może zostać zmniejszony, a wpływ na sieć energetyczną może zostać złagodzony.Ten tryb rozruchu nazywany jest startem dekompresyjnym gwiazda-trójkąt lub startem gwiazda-trójkąt (start Y-trójkąt).Nadaje się do rozruchu bez obciążenia lub z lekkim obciążeniem.W porównaniu z jakimkolwiek innym starterem dekompresyjnym ma najprostszą budowę i jest również tańszy.Ponadto tryb rozruchu gwiazda-trójkąt ma jeszcze jedną zaletę, to znaczy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi może pracować w trybie połączenia w gwiazdę, gdy obciążenie jest niewielkie.W tym momencie można dopasować znamionowy moment obrotowy i obciążenie, poprawiając w ten sposób wydajność silnika i oszczędzając zużycie energii.

4. Softstarter przyjmuje zasadę regulacji napięcia z przesunięciem fazowym prostownika sterowanego krzemem, aby zrealizować rozruch regulacji napięcia silnika.Stosowany jest głównie do sterowania rozruchem silników synchronicznych z magnesami trwałymi, z dobrym efektem rozruchu i wysokimi kosztami.

5. Przetwornica częstotliwości jest urządzeniem do sterowania silnikiem o najwyższej zawartości technicznej, najbardziej kompletnych funkcjach sterowania i najlepszym efekcie sterowania w dziedzinie nowoczesnego sterowania silnikami.Dostosowuje prędkość i moment obrotowy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi poprzez zmianę częstotliwości sieci energetycznej i jest stosowany głównie w dziedzinach wymagających wysokich wymagań dotyczących regulacji prędkości i kontroli dużych prędkości.

Rozruch dekompresyjny, wspólny rozruch gwiazda-trójkąt, wadą jest to, że moment rozruchowy jest mały, odpowiedni tylko do rozruchu bez obciążenia lub z lekkim obciążeniem.Zaletą jest to, że jest tani.Miękki start, możesz ustawić czas rozruchu i początkowy moment obrotowy sprzętu rozruchowego, zrealizować miękki start i miękki stop oraz ograniczyć prąd rozruchowy, cena jest umiarkowana.Rozpocznij konwersję częstotliwości, zacznij płynnie zgodnie z ustawionym czasem i pozwól sprzętowi działać z ustawioną częstotliwością, cena jest wysoka.