Čo je to synchrónny motor s permanentným magnetom a jeho práca

V elektrickom systéme synchrónne motory sú najbežnejšie používané trojfázové motory v ustálenom stave, ktoré premieňajú elektrickú energiu na mechanickú. Tento typ motora pracuje pri synchrónnych otáčkach, ktoré sú konštantné a sú synchrónne s napájacou frekvenciou a doba otáčania sa rovná integrálu č. cyklov striedavého prúdu. To znamená, že rýchlosť motora sa rovná točivému magnetickému poľu. Tento typ motora sa používa hlavne v energetické systémy na zlepšenie účinníka. Existujú synchrónne motory bez budenia a s jednosmerným prúdom, ktoré pracujú podľa magnetickej sily motora. Relukčné motory, hysterézne motory a motory s permanentnými magnetmi sú synchrónne motory bez excitácie. Tento článok je o práci synchrónneho motora s permanentným magnetom.

Čo je to synchrónny motor s permanentným magnetom?

Synchrónne motory s permanentnými magnetmi sú jedným z typov synchrónnych motorov na striedavý prúd, pri ktorých je pole budené permanentnými magnetmi, ktoré generujú EMF späť. Obsahuje rotor a stator rovnaké ako u statora indukčný motor , ale permanentný magnet sa používa ako rotor na vytvorenie magnetického poľa. Nie je teda potrebné navíjať pole na vinutie rotor . Je tiež známy ako trojfázový bezkartáčový motor s permanentnými sínusovými vlnami. The diagram synchrónneho motora s permanentným magnetom je zobrazený nižšie.

Synchrónny motor s permanentným magnetom

Teória synchrónneho motora s permanentným magnetom

Synchrónne motory s permanentným magnetom sú veľmi účinné, bezuhlíkové, veľmi rýchle, bezpečné a v porovnaní s bežnými motormi poskytujú vysoký dynamický výkon. Produkuje hladký krútiaci moment, nízku hlučnosť a používa sa hlavne pre vysokorýchlostné aplikácie ako robotické . Jedná sa o trojfázový synchrónny synchrónny motor, ktorý beží synchrónnou rýchlosťou s aplikovaným zdrojom striedavého prúdu.

Namiesto použitia vinutia pre rotor sú namontované permanentné magnety, ktoré vytvárajú rotujúce magnetické pole. Pretože neexistuje zdroj jednosmerného prúdu, sú tieto typy motorov sú veľmi jednoduché a lacnejšie. Obsahuje stator s 3 nainštalovanými vinutiami a rotor s permanentným magnetom pripevneným na vytvorenie pólov poľa. Trojfázové vstupné napájanie je napájané statorom, aby mohol začať pracovať.

Pracovný princíp

The princíp fungovania synchrónneho motora s permanentným magnetom je podobný synchrónnemu motoru. Závisí to od rotujúceho magnetického poľa, ktoré generuje elektromotorickú silu synchrónnou rýchlosťou. Keď je vinutie statora napájané trojfázovým napájaním, vytvorí sa medzi vzduchovými medzerami rotujúce magnetické pole.

Toto vytvára krútiaci moment, keď póly poľa rotora držia rotujúce magnetické pole synchrónnou rýchlosťou a rotor sa otáča nepretržite. Pretože tieto motory nie sú samočinnými motormi, je potrebné zabezpečiť napájanie s variabilnou frekvenciou.

EMF a krútiaca rovnica

V synchrónnom stroji sa priemerný EMF indukovaný na fázu nazýva dynamický indukuje EMF v synchrónnom motore, tok znížený každým vodičom za otáčku je Pϕ Weber
Potom je čas potrebný na dokončenie jednej revolúcie 60 / N s

Priemerný EMF indukovaný na vodič sa dá vypočítať pomocou

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Kde Tph = Zph / 2

Preto je priemerný EMF na fázu,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Kde Tph = nie. Počet závitov zapojených do série na fázu

ϕ = tok / pól vo weber

P = nie. Z pólov

F = frekvencia v Hz

Zph = nie. Z vodičov zapojených do série na fázu. = Zph / 3

Rovnica EMF závisí od cievok a vodičov na statore. Pre tento motor sa berie do úvahy aj distribučný faktor Kd a rozstupový faktor Kp.

Teda E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

Rovnica krútiaceho momentu synchrónneho motora s permanentným magnetom sa uvádza ako,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Priame riadenie krútiaceho momentu synchrónneho motora s permanentným magnetom

Na riadenie synchrónneho motora s permanentným magnetom používame rôzne typy riadiace systémy . V závislosti od úlohy sa používa potrebná technika riadenia. Rôzne spôsoby riadenia synchrónneho motora s permanentným magnetom sú:

Sínusová kategória

• Skalárne
• Vektor: Ovládanie orientované na pole (FOC) (so snímačom polohy a bez neho)
• Priame riadenie krútiaceho momentu

Trapézová kategória

• Otvorená slučka
• Uzavretá slučka (so snímačom polohy a bez neho)

Technológia priameho riadenia krútiaceho momentu tohto motora je veľmi jednoduchý riadiaci obvod s efektívnym dynamickým výkonom a dobrým regulačným rozsahom. Nevyžaduje žiadny snímač polohy pre rotor. Hlavnou nevýhodou použitia tejto metódy riadenia je, že vytvára vysoký krútiaci moment a zvlnenie prúdu.

Konštrukcia

The konštrukcia synchrónneho motora s permanentným magnetom je podobný základnému synchrónnemu motoru, ale jediný rozdiel je v rotore. Rotor nemá žiadne vinutie poľa, ale na vytvorenie pólov poľa sa používajú permanentné magnety. Permanentné magnety používané v PMSM sú vyrobené zo samária-kobaltu a média, železa a bóru kvôli ich vyššej priepustnosti.

Najbežnejšie používaným permanentným magnetom je neodym-bór-železo kvôli jeho efektívnej cene a ľahkej dostupnosti. V tomto type sú permanentné magnety namontované na rotore. Na základe namontovania permanentného magnetu na rotor je konštrukcia synchrónneho motora s permanentným magnetom rozdelená do dvoch typov. Oni sú,

Prisadený PMSM

V tejto konštrukcii je magnet namontovaný na povrchu rotora. Je vhodný pre vysokorýchlostné aplikácie, pretože nie je robustný. Poskytuje rovnomernú vzduchovú medzeru, pretože priepustnosť permanentného magnetu a vzduchovej medzery sú rovnaké. Žiadny reluktančný krútiaci moment, vysoký dynamický výkon a vhodný pre vysokorýchlostné zariadenia, ako sú robotika a pohony nástrojov.

Povrchová montáž

Pochovaný PMSM alebo vnútorný PMSM

V tomto type konštrukcie je permanentný magnet zabudovaný do rotora, ako je to znázornené na obrázku nižšie. Je vhodný pre vysokorýchlostné aplikácie a získava robustnosť. Reluktančný krútiaci moment je spôsobený výbežkom motora.

Pochovaný PMSM

Pracovanie synchrónneho motora s permanentným magnetom

Práca synchrónneho motora s permanentným magnetom je v porovnaní s bežnými motormi veľmi jednoduchá, rýchla a efektívna. Činnosť PMSM závisí od rotujúceho magnetického poľa statora a od konštantného magnetického poľa rotora. Permanentné magnety sa používajú ako rotor na vytváranie konštantného magnetického toku, pracujú a blokujú synchrónnou rýchlosťou. Tieto typy motorov sú podobné bezkartáčovým jednosmerným motorom.

Fázorové skupiny sa tvoria vzájomným spojením vinutí statora. Tieto fázorové skupiny sú spojené dohromady a vytvárajú rôzne spojenia, ako napríklad hviezda, delta, dvojitá a jednoduchá fáza. Aby sa znížilo harmonické napätie, vinutia by sa mali krátko navinúť.

Keď je 3-fázové napájanie dodávané statoru, vytvára rotujúce magnetické pole a konštantné magnetické pole je indukované permanentným magnetom rotora. Tento rotor pracuje synchronne so synchrónnou rýchlosťou. Celá činnosť PMSM závisí od vzduchovej medzery medzi statorom a rotorom bez zaťaženia.

Ak je vzduchová medzera veľká, znížia sa straty spôsobené vetrom motora. Polia poľa vytvorené permanentným magnetom sú výrazné. Synchrónne motory s permanentným magnetom nie sú samočinnými motormi. Je teda potrebné riadiť elektronicky premenlivú frekvenciu statora.

Synchrónny motor s permanentným magnetom vs BLDC

Rozdiely medzi synchrónnym motorom s permanentným magnetom (PMSM) a BLDC ( bezkartáčové jednosmerné motory ) zahŕňajú nasledujúce.

Výhody

The výhody synchrónneho motora s permanentným magnetom zahrnúť,

• poskytuje vyššiu účinnosť pri vysokých rýchlostiach
• k dispozícii v malých veľkostiach v rôznych baleniach
• údržba a inštalácia je veľmi jednoduchá ako pri indukčnom motore
• schopný udržať plný krútiaci moment pri nízkych otáčkach.
• vysoká účinnosť a spoľahlivosť
• poskytuje plynulý krútiaci moment a dynamický výkon

Nevýhody

Nevýhody synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi sú:

• Tieto typy motorov sú v porovnaní s indukčnými motormi veľmi drahé
• Štartovanie je akosi ťažké, pretože nejde o samočinné štartovacie motory.

Aplikácie

Aplikácie synchrónnych motorov s permanentným magnetom sú,

• Klimatizácie
• Chladničky
• AC kompresory
• Práčky s priamym pohonom
• Automobilový elektrický posilňovač riadenia
• Obrábacie stroje
• Veľké energetické systémy na zlepšenie vedúceho a zaostávajúceho účinníka
• Kontrola trakcie
• Jednotky na ukladanie údajov.
• Servopohony
• Priemyselné aplikácie ako robotika, letectvo a mnoho ďalších.

Toto je teda všetko o prehľad synchrónneho motora s permanentným magnetom - definícia, práca, princíp práce, schéma, konštrukcia, výhody, nevýhody, použitie, rovnica emf a krútiaceho momentu. Je tu pre vás otázka: „Aký je účel použitia permanentného magnetu v synchrónnych motoroch?