Động cơ nam châm đất hiếm nhẹ, động cơ đồng bộ 6 cực nhỏ

Tính năng xác định của PMACM – nam châm vĩnh cửu bên trong rôto của chúng – được tác động bởi từ trường quay (RMF) của cuộn dây stato và bị đẩy vào chuyển động quay.Đây là một sai lệch so với các rô-to khác, trong đó lực từ phải được tạo ra hoặc tạo ra trong vỏ rô-to, đòi hỏi nhiều dòng điện hơn.Điều này có nghĩa là PMACM thường hiệu quả hơn động cơ cảm ứng, vì từ trường của rôto là vĩnh viễn và không cần nguồn điện để sử dụng cho quá trình tạo ra nó.Điều này cũng có nghĩa là chúng yêu cầu một bộ truyền động biến tần (VFD hoặc PM drive) để hoạt động, đây là một hệ thống điều khiển giúp làm trơn mô-men xoắn do các động cơ này tạo ra.Bằng cách bật và tắt dòng điện tới cuộn dây stato ở các giai đoạn quay rôto nhất định, truyền động PM đồng thời điều khiển mô-men xoắn và dòng điện và sử dụng dữ liệu này để tính toán vị trí rôto và do đó tốc độ của đầu ra trục.Chúng là máy đồng bộ, vì tốc độ quay của chúng khớp với tốc độ của RMF.Những máy này tương đối mới và vẫn đang được tối ưu hóa, do đó, hoạt động cụ thể của bất kỳ một PMACM nào hiện tại về cơ bản là duy nhất cho từng thiết kế.

EMF và phương trình mô-men xoắn

Trong máy điện đồng bộ, EMF trung bình sinh ra trên mỗi pha được gọi là EMF sinh ra động trong động cơ đồng bộ, từ thông cắt bởi mỗi dây dẫn trên mỗi vòng quay là Pϕ Weber

Vậy thời gian đi hết một vòng là 60/N giây

EMF trung bình gây ra trên mỗi dây dẫn có thể được tính bằng cách sử dụng

( PϕN / 60 ) x Zph = ( PϕN / 60 ) x 2Tph

Trong đó Tph = Zph / 2

Do đó, EMF trung bình trên mỗi pha là,

= 4 x ϕ x Tph x PN/120 = 4ϕfTph

Trong đó Tph = không.Số lượt mắc nối tiếp trên mỗi pha

ϕ = từ thông/cực trong weber

P = không.cực

F= tần số tính bằng Hz

Zph = không.Của các dây dẫn nối tiếp trên mỗi pha.= Zph/3

Phương trình EMF phụ thuộc vào cuộn dây và dây dẫn trên stato.Đối với động cơ này, hệ số phân phối Kd và hệ số bước Kp cũng được xem xét.

Do đó, E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

Phương trình mô-men xoắn của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cho là,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Tại sao chọn động cơ điện xoay chiều nam châm vĩnh cửu?

Động cơ AC nam châm vĩnh cửu (PMAC) mang lại một số ưu điểm so với các loại động cơ khác, bao gồm:

Hiệu suất cao: Động cơ PMAC có hiệu suất cao do không có tổn thất đồng rôto và giảm tổn thất cuộn dây.Chúng có thể đạt hiệu suất lên đến 97%, giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Mật độ công suất cao: Động cơ PMAC có mật độ công suất cao hơn so với các loại động cơ khác, có nghĩa là chúng có thể tạo ra nhiều công suất hơn trên một đơn vị kích thước và trọng lượng.Điều này khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng có không gian hạn chế.

Mật độ mô-men xoắn cao: Động cơ PMAC có mật độ mô-men xoắn cao, có nghĩa là chúng có thể tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn trên mỗi đơn vị kích thước và trọng lượng.Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn cao.

Giảm bảo trì: Vì động cơ PMAC không có chổi than nên chúng cần ít bảo trì hơn và có tuổi thọ cao hơn các loại động cơ khác.

Điều khiển được cải thiện: Động cơ PMAC có khả năng kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn tốt hơn so với các loại động cơ khác, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác.

Thân thiện với môi trường: Động cơ PMAC thân thiện với môi trường hơn các loại động cơ khác vì chúng sử dụng kim loại đất hiếm, dễ tái chế và tạo ra ít chất thải hơn so với các loại động cơ khác.

Nhìn chung, những ưu điểm của động cơ PMAC khiến chúng trở thành lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng, bao gồm xe điện, máy móc công nghiệp và hệ thống năng lượng tái tạo.

SPM so với IPM

Động cơ PM có thể được chia thành hai loại chính: động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) và động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM).Cả hai loại thiết kế động cơ đều không chứa các thanh rôto.Cả hai loại đều tạo ra từ thông bằng các nam châm vĩnh cửu được gắn vào hoặc bên trong rôto.

Động cơ SPM có nam châm gắn bên ngoài bề mặt rôto.Do cách lắp cơ học này, độ bền cơ học của chúng yếu hơn so với động cơ IPM.Độ bền cơ học suy yếu giới hạn tốc độ cơ học an toàn tối đa của động cơ.Ngoài ra, các động cơ này thể hiện độ mặn từ tính rất hạn chế (Ld ≈ Lq).

Các giá trị điện cảm được đo tại các đầu nối của rôto là nhất quán bất kể vị trí của rôto.Do tỷ lệ độ mặn gần như thống nhất, các thiết kế động cơ SPM phụ thuộc đáng kể, nếu không muốn nói là hoàn toàn, vào thành phần mô-men xoắn từ tính để tạo ra mô-men xoắn.

Động cơ IPM có một nam châm vĩnh cửu được gắn vào rôto.Không giống như các đối tác SPM của chúng, vị trí của các nam châm vĩnh cửu làm cho động cơ IPM hoạt động rất tốt về mặt cơ học và phù hợp để vận hành ở tốc độ rất cao.Những động cơ này cũng được xác định bởi tỷ lệ độ mặn từ tính tương đối cao (Lq > Ld).Do tính chất mặn từ tính của chúng, động cơ IPM có khả năng tạo ra mô-men xoắn bằng cách tận dụng cả thành phần mô-men xoắn từ tính và từ trở của động cơ.

Tự cảm biến so với hoạt động vòng kín

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ truyền động cho phép truyền động xoay chiều tiêu chuẩn “tự phát hiện” và theo dõi vị trí nam châm của động cơ.Hệ thống vòng kín thường sử dụng kênh xung z để tối ưu hóa hiệu suất.Thông qua các thói quen nhất định, biến tần biết vị trí chính xác của nam châm động cơ bằng cách theo dõi các kênh A/B và sửa lỗi với kênh z.Biết vị trí chính xác của nam châm cho phép tạo ra mô-men xoắn tối ưu dẫn đến hiệu quả tối ưu.

Làm suy yếu / tăng cường thông lượng của động cơ PM

Từ thông trong động cơ nam châm vĩnh cửu được tạo ra bởi các nam châm.Trường thông lượng đi theo một đường nhất định, có thể được tăng cường hoặc chống lại.Tăng cường hoặc tăng cường trường từ thông sẽ cho phép động cơ tạm thời tăng sản lượng mô-men xoắn.Đối lập với trường từ thông sẽ phủ nhận trường nam châm hiện có của động cơ.Trường nam châm giảm sẽ hạn chế sản xuất mô-men xoắn, nhưng giảm điện áp ngược.Điện áp back-emf giảm sẽ giải phóng điện áp để đẩy động cơ hoạt động ở tốc độ đầu ra cao hơn.Cả hai loại hoạt động đều yêu cầu dòng điện động cơ bổ sung.Hướng của dòng điện động cơ qua trục d, được cung cấp bởi bộ điều khiển động cơ, xác định hiệu ứng mong muốn.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có các đặc điểm sau:

1. Hiệu suất định mức cao hơn động cơ không đồng bộ thông thường từ 2% đến 5%;

2. Hiệu quả tăng nhanh khi tải tăng.Khi tải thay đổi trong phạm vi từ 25% đến 120%, nó duy trì hiệu suất cao.Phạm vi hoạt động hiệu quả cao cao hơn nhiều so với động cơ không đồng bộ thông thường.Tải nhẹ, tải thay đổi và tải đầy đủ đều có tác dụng tiết kiệm năng lượng đáng kể;

3. Hệ số công suất lên tới 0,95 trở lên, không cần bù phản ứng;

4. Hệ số công suất được cải thiện rất nhiều.So với động cơ không đồng bộ, dòng điện chạy giảm hơn 10%.Do dòng điện vận hành và tổn thất hệ thống giảm nên có thể đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng khoảng 1%.

5. Tăng nhiệt độ thấp, mật độ công suất cao: thấp hơn 20K so với tăng nhiệt độ động cơ không đồng bộ ba pha, nhiệt độ thiết kế tăng như nhau và có thể được chế tạo thành một khối lượng nhỏ hơn, tiết kiệm vật liệu hiệu quả hơn;

6. Mô-men xoắn khởi động cao và khả năng quá tải cao: theo yêu cầu, nó có thể được thiết kế với mô-men xoắn khởi động cao (3-5 lần) và khả năng quá tải cao;

7. Hệ thống điều khiển tốc độ tần số thay đổi được sử dụng, đáp ứng động tốt hơn và tốt hơn so với động cơ không đồng bộ.

8. Kích thước lắp đặt giống như các động cơ không đồng bộ hiện đang được sử dụng rộng rãi, thiết kế và lựa chọn rất thuận tiện.

9. Do hệ số công suất tăng, công suất trực quan của máy biến áp hệ thống cung cấp điện giảm đi rất nhiều, giúp cải thiện khả năng cung cấp điện của máy biến áp, đồng thời có thể giảm đáng kể chi phí cáp hệ thống (dự án mới);

Một vài vấn đề nhỏ dễ bị bỏ qua về động cơ:

1. Tại sao không thể sử dụng động cơ chung ở các khu vực cao nguyên?

Độ cao có tác động bất lợi đến việc tăng nhiệt độ động cơ, corona động cơ (động cơ điện áp cao) và chuyển mạch của động cơ DC.Cần lưu ý ba khía cạnh sau:

(1) Độ cao càng cao, nhiệt độ của động cơ càng tăng và công suất đầu ra càng thấp.Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm cùng với sự gia tăng độ cao đủ để bù cho ảnh hưởng của độ cao đối với sự gia tăng nhiệt độ, công suất đầu ra định mức của động cơ có thể không thay đổi;

(2) Nên thực hiện các biện pháp chống corona khi sử dụng động cơ điện áp cao ở cao nguyên;

(3) Độ cao không tốt cho chuyển mạch của động cơ DC, vì vậy hãy chú ý đến việc lựa chọn vật liệu chổi than.

2. Tại sao động cơ không phù hợp với hoạt động tải nhẹ?

Khi động cơ chạy ở tải nhẹ sẽ gây ra:

(1) Hệ số công suất của động cơ thấp;

(2) Hiệu suất động cơ thấp.

(3) Nó sẽ gây lãng phí thiết bị và vận hành không kinh tế.

3. Tại sao động cơ không thể khởi động trong môi trường lạnh?

Việc sử dụng động cơ quá mức trong môi trường nhiệt độ thấp sẽ gây ra:

(1) Vết nứt cách điện của động cơ;

(2) Mỡ ổ trục bị đóng băng;

(3) Bột hàn của mối nối dây là bột.

Do đó, động cơ nên được làm nóng và bảo quản trong môi trường lạnh, đồng thời kiểm tra cuộn dây và vòng bi trước khi chạy.

4. Tại sao động cơ 60Hz không thể sử dụng nguồn điện 50Hz?

Khi động cơ được thiết kế, tấm thép silicon thường hoạt động trong vùng bão hòa của đường cong từ hóa.Khi điện áp nguồn không đổi, việc giảm tần số sẽ làm tăng từ thông và dòng kích thích, dẫn đến dòng điện và mức tiêu thụ đồng của động cơ tăng, cuối cùng sẽ dẫn đến tăng nhiệt độ của động cơ.Trong trường hợp nghiêm trọng, mô tơ có thể bị cháy do cuộn dây quá nóng.

5.Động cơ khởi động mềm

Khởi động mềm có tác dụng tiết kiệm năng lượng hạn chế, nhưng nó có thể làm giảm tác động của việc khởi động lên lưới điện và cũng có thể đạt được khởi động trơn tru để bảo vệ bộ phận động cơ.Theo lý thuyết bảo tồn năng lượng, do có thêm một mạch điều khiển tương đối phức tạp, khởi động mềm không những không tiết kiệm năng lượng mà còn làm tăng mức tiêu thụ năng lượng.Nhưng nó có thể làm giảm dòng khởi động của mạch và đóng vai trò bảo vệ.

10. Khi dự án mới được xây dựng, tất cả các hệ thống truyền động đều sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, việc đầu tư dự án về cơ bản giống như sử dụng động cơ không đồng bộ và dự án có thể tiếp tục thu được lợi ích tiết kiệm năng lượng sau khi dự án được đưa vào sử dụng hoạt động;

Trong lĩnh vực công nghiệp nói chung, việc thay thế động cơ không đồng bộ hiệu suất cao điện áp thấp (380/660/1140V), hệ thống tiết kiệm năng lượng từ 5% đến 30% và động cơ không đồng bộ hiệu suất cao điện áp cao (6kV/10kV) , hệ thống tiết kiệm từ 2% đến 10%.