Τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη και λειτουργεί

Σε ένα ηλεκτρικό σύστημα, σύγχρονοι κινητήρες είναι οι πιο διαδεδομένοι τριφασικοί κινητήρες AC σταθερής κατάστασης, οι οποίοι μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Αυτός ο τύπος κινητήρα λειτουργεί με σύγχρονη ταχύτητα, η οποία είναι σταθερή και είναι σύγχρονη με τη συχνότητα τροφοδοσίας και η περίοδος περιστροφής είναι ίση με το ακέραιο αριθ. κύκλων AC. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα του κινητήρα είναι ίση με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτός ο τύπος κινητήρα χρησιμοποιείται κυρίως σε συστήματα ισχύος για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος. Υπάρχουν μη διεγερμένοι και DC διεγερμένοι σύγχρονοι κινητήρες, οι οποίοι λειτουργούν σύμφωνα με τη μαγνητική ισχύ του κινητήρα. Οι κινητήρες απροθυμίας, οι κινητήρες υστέρησης και οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι οι μη διεγερμένοι σύγχρονοι κινητήρες. Αυτό το άρθρο αφορά τη λειτουργία ενός συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη.

Τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη;

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι ένας από τους τύπους των σύγχρονων κινητήρων AC, όπου το πεδίο διεγείρεται από μόνιμους μαγνήτες που δημιουργούν ημιτονοειδή πίσω EMF. Περιέχει ένα ρότορα και στάτορα όπως αυτό του επαγωγικός κινητήρας , αλλά ένας μόνιμος μαγνήτης χρησιμοποιείται ως ρότορας για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου. Ως εκ τούτου, δεν χρειάζεται να τυλίγεται το πεδίο ο ρότορας . Είναι επίσης γνωστό ως τριφασικός κινητήρας μόνιμου ημιτονοειδούς κύματος χωρίς ψήκτρες. ο διάγραμμα σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη φαίνεται παρακάτω.

Σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη

Σύγχρονη κινητική θεωρία μόνιμου μαγνήτη

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ αποδοτικοί, χωρίς ψήκτρες, πολύ γρήγοροι, ασφαλείς και δίνουν υψηλή δυναμική απόδοση σε σύγκριση με τους συμβατικούς κινητήρες. Παράγει ομαλή ροπή, χαμηλό θόρυβο και χρησιμοποιείται κυρίως για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας όπως ρομποτική . Είναι ένας τριφασικός σύγχρονος κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος που λειτουργεί με σύγχρονη ταχύτητα με την εφαρμοσμένη πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος.

Αντί να χρησιμοποιούν περιέλιξη για το ρότορα, οι μόνιμοι μαγνήτες τοποθετούνται για να δημιουργήσουν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει παροχή πηγής DC, αυτά τύποι κινητήρων είναι πολύ απλά και λιγότερο κόστος. Περιλαμβάνει έναν στάτορα με 3 περιελίξεις εγκατεστημένο σε αυτόν και έναν ρότορα με μόνιμο μαγνήτη τοποθετημένο για τη δημιουργία πόλων πεδίου. Η τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος 3 φάσεων δίνεται στον στάτορα για να αρχίσει να λειτουργεί.

Αρχή λειτουργίας

ο αρχή σύγχρονης λειτουργίας κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι παρόμοιο με τον σύγχρονο κινητήρα. Εξαρτάται από το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ηλεκτροκινητική δύναμη σε σύγχρονη ταχύτητα. Όταν η περιέλιξη του στάτη ενεργοποιείται δίνοντας την τριφασική τροφοδοσία, δημιουργείται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ανάμεσα στα κενά αέρα.

Αυτό παράγει τη ροπή όταν οι πόλοι του πεδίου του ρότορα συγκρατούν το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο με σύγχρονη ταχύτητα και ο ρότορας περιστρέφεται συνεχώς. Καθώς αυτοί οι κινητήρες δεν είναι αυτοκινητιστικοί κινητήρες, είναι απαραίτητο να παρέχεται τροφοδοσία μεταβλητής συχνότητας.

Εξίσωση EMF και ροπής

Σε μια σύγχρονη μηχανή, το μέσο EMF που προκαλείται ανά φάση ονομάζεται δυναμικό προκαλεί EMF σε ένα σύγχρονο κινητήρα, η ροή που κόβεται από κάθε αγωγό ανά περιστροφή είναι P revolution Weber
Τότε ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωση μιας περιστροφής είναι 60 / N δευτερόλεπτο

Το μέσο EMF που προκαλείται ανά αγωγό μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Που Tph = Zph / 2

Επομένως, ο μέσος EMF ανά φάση είναι,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Όπου Tph = όχι. Από στροφές συνδεδεμένες σε σειρά ανά φάση

ϕ = ροή / πόλο στο weber

P = όχι. Από πόλους

F = συχνότητα σε Hz

Zph = όχι. Αγωγών συνδεδεμένων σε σειρά ανά φάση. = Zph / 3

Η εξίσωση EMF εξαρτάται από τα πηνία και τους αγωγούς στο στάτορα. Για αυτόν τον κινητήρα, λαμβάνεται επίσης υπόψη ο συντελεστής κατανομής Kd και ο συντελεστής βήματος Kp.

Ως εκ τούτου, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

Η εξίσωση ροπής ενός συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη δίνεται ως,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Άμεσος έλεγχος ροπής συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Για τον έλεγχο του σύγχρονου κινητήρα του μόνιμου μαγνήτη, χρησιμοποιούμε διαφορετικούς τύπους συστήματα ελέγχου . Ανάλογα με την εργασία, χρησιμοποιείται η απαραίτητη τεχνική ελέγχου. Οι διάφορες μέθοδοι ελέγχου του συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι,

Ημιτονοειδής κατηγορία

• Βαθμωτό μέγεθος
• Διάνυσμα: Έλεγχος προσανατολισμένου πεδίου (FOC) (με και χωρίς αισθητήρα θέσης)
• Άμεσος έλεγχος ροπής

Τραπεζοειδής κατηγορία

• Ανοιχτός βρόχος
• Κλειστός βρόχος (με και χωρίς αισθητήρα θέσης)

Η τεχνολογία άμεσου ελέγχου ροπής αυτού του κινητήρα είναι ένα πολύ απλό κύκλωμα ελέγχου με αποτελεσματική δυναμική απόδοση και καλή εμβέλεια ελέγχου. Δεν απαιτεί αισθητήρα θέσης για το ρότορα. Το κύριο μειονέκτημα της χρήσης αυτής της μεθόδου ελέγχου είναι ότι παράγει υψηλή ροπή και τρέχουσα κυματισμό.

Κατασκευή

ο κατασκευή σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι παρόμοιο με το βασικό σύγχρονο κινητήρα, αλλά η μόνη διαφορά είναι με το ρότορα. Ο ρότορας δεν έχει τύλιγμα πεδίου, αλλά οι μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πόλων πεδίου. Οι μόνιμοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται στο PMSM αποτελούνται από σαμάριο-κοβάλτιο και μέσο, ​​σίδηρο και βόριο λόγω της μεγαλύτερης διαπερατότητάς τους.

Ο μόνιμος μαγνήτης που χρησιμοποιείται ευρέως είναι ο σίδηρος νεοδυμίου, λόγω του αποτελεσματικού κόστους και της ευκολίας διαθεσιμότητας. Σε αυτόν τον τύπο, οι μόνιμοι μαγνήτες είναι τοποθετημένοι στο ρότορα. Με βάση την τοποθέτηση του μόνιμου μαγνήτη στον ρότορα, η κατασκευή ενός συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη χωρίζεται σε δύο τύπους. Αυτοί είναι,

PMSM τοποθετημένο στην επιφάνεια

Σε αυτήν την κατασκευή, ο μαγνήτης είναι τοποθετημένος στην επιφάνεια του ρότορα. Είναι κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, καθώς δεν είναι στιβαρή. Παρέχει ένα ομοιόμορφο διάκενο αέρα επειδή η διαπερατότητα του μόνιμου μαγνήτη και του διακένου αέρα είναι η ίδια. Χωρίς ροπή απροθυμίας, υψηλή δυναμική απόδοση και κατάλληλη για συσκευές υψηλής ταχύτητας όπως ρομποτική και μονάδες εργαλείων.

Προσκολλημένο στην επιφάνεια

Θαμμένο PMSM ή εσωτερικό PMSM

Σε αυτόν τον τύπο κατασκευής, ο μόνιμος μαγνήτης είναι ενσωματωμένος στον ρότορα όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Είναι κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας και έχει στιβαρότητα. Η ροπή απροθυμίας οφείλεται στην ανθεκτικότητα του κινητήρα.

Θαμμένος PMSM

Λειτουργία συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Η λειτουργία του συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ απλή, γρήγορη και αποτελεσματική σε σύγκριση με τους συμβατικούς κινητήρες. Η λειτουργία του PMSM εξαρτάται από το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα και από το σταθερό μαγνητικό πεδίο του ρότορα. Οι μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται ως ρότορας για τη δημιουργία σταθερής μαγνητικής ροής, λειτουργεί και κλειδώνει με σύγχρονη ταχύτητα. Αυτοί οι τύποι κινητήρων είναι παρόμοιοι με τους κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες.

Οι ομάδες phasor σχηματίζονται ενώνοντας τις περιελίξεις του στάτη μεταξύ τους. Αυτές οι ομάδες φάσης ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν διαφορετικές συνδέσεις όπως ένα αστέρι, ένα δέλτα, μια διπλή και μία φάση. Για τη μείωση των αρμονικών τάσεων, οι περιελίξεις πρέπει να τυλίγονται σύντομα μεταξύ τους.

Όταν η τριφασική τροφοδοσία AC δίνεται στον στάτορα, δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και το σταθερό μαγνητικό πεδίο προκαλείται λόγω του μόνιμου μαγνήτη του ρότορα. Αυτός ο ρότορας λειτουργεί σε συγχρονισμό με τη σύγχρονη ταχύτητα. Η όλη λειτουργία του PMSM εξαρτάται από το διάκενο αέρα μεταξύ του στάτορα και του ρότορα χωρίς φορτίο.

Εάν το διάκενο αέρα είναι μεγάλο, τότε οι απώλειες αέρα του κινητήρα θα μειωθούν. Οι πόλοι πεδίου που δημιουργούνται από τον μόνιμο μαγνήτη είναι εμφανείς. Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη δεν είναι αυτοκινητιστικοί κινητήρες. Επομένως, είναι απαραίτητο να ελέγχεται ηλεκτρονικά η μεταβλητή συχνότητα του στάτορα.

Σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη εναντίον BLDC

Οι διαφορές μεταξύ σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (PMSM) και BLDC ( κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες ) περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Πλεονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα του συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη περιλαμβάνω,

• παρέχει υψηλότερη απόδοση σε υψηλές ταχύτητες
• διατίθεται σε μικρά μεγέθη σε διαφορετικά πακέτα
• η συντήρηση και η εγκατάσταση είναι πολύ εύκολη από έναν επαγωγικό κινητήρα
• ικανό να διατηρεί πλήρη ροπή σε χαμηλές ταχύτητες.
• υψηλή αποδοτικότητα και αξιοπιστία
• δίνει ομαλή ροπή και δυναμική απόδοση

Μειονεκτήματα

Τα μειονεκτήματα των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη είναι,

• Αυτοί οι τύποι κινητήρων είναι πολύ ακριβοί σε σύγκριση με τους κινητήρες επαγωγής
• Κάπως δύσκολο να ξεκινήσετε, επειδή δεν είναι αυτοκινητιστικοί κινητήρες.

Εφαρμογές

Οι εφαρμογές συγχρονισμένων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη είναι,

• Κλιματιστικά
• Ψυγεία
• Συμπιεστές AC
• Πλυντήρια ρούχων, τα οποία οδηγούν απευθείας
• Αυτοκίνητο ηλεκτρικό τιμόνι
• Εργαλεία μηχανής
• Μεγάλα συστήματα ισχύος για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος που οδηγεί και υστερεί
• Έλεγχος έλξης
• Μονάδες αποθήκευσης δεδομένων.
• Σερβο δίσκοι
• Βιομηχανικές εφαρμογές όπως ρομποτική, αεροδιαστημική και πολλές άλλες.

Επομένως, αυτό είναι όλο μια επισκόπηση του συγχρονισμένου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη - ορισμός, εργασία, αρχή εργασίας, διάγραμμα, κατασκευή, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα, εφαρμογές, emf και εξίσωση ροπής. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, 'Ποιος είναι ο σκοπός της χρήσης μόνιμου μαγνήτη σε συγχρονισμένους κινητήρες;