Động cơ điện nam châm vĩnh cửu đa cực

Ứng dụng nào sử dụng động cơ PMSM?

‍

Các ngành sử dụng động cơ PMSM bao gồm Luyện kim, Gốm sứ, Cao su, Dầu mỏ, Dệt may và nhiều ngành khác.Động cơ PMSM có thể được thiết kế để hoạt động ở tốc độ đồng bộ từ nguồn cung cấp điện áp và tần số không đổi cũng như các ứng dụng Truyền động tốc độ thay đổi (VSD).Do hiệu suất cao, công suất và mật độ mô-men xoắn, chúng thường là lựa chọn ưu việt trong các ứng dụng mô-men xoắn cao như máy trộn, máy mài, máy bơm, quạt, máy thổi, băng tải và các ứng dụng công nghiệp nơi tìm thấy động cơ cảm ứng truyền thống.

Ưu điểm của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm

Hiệu suất cao: Đường cong hiệu suất của động cơ không đồng bộ thường giảm nhanh hơn dưới 60% tải định mức và hiệu suất rất thấp khi tải nhẹ.Đường cong hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm cao và bằng phẳng, và nó nằm trong vùng hiệu suất cao ở mức 20% ~ 120% tải định mức.

Hệ số công suất cao: Giá trị đo được của hệ số công suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đất hiếm gần với giá trị giới hạn là 1,0.Đường cong hệ số công suất cao và bằng phẳng như đường cong hiệu suất.Hệ số công suất cao.Không cần bù công suất phản kháng hạ áp và tận dụng hết công suất của hệ thống phân phối điện.

Dòng điện stato nhỏ: Rôto không có dòng điện kích thích, công suất phản kháng giảm và dòng điện stato giảm đáng kể.So với động cơ không đồng bộ cùng công suất, giá trị dòng điện stato có thể giảm từ 30% đến 50%.Đồng thời, do dòng điện stato giảm đi rất nhiều nên độ tăng nhiệt độ động cơ giảm, mỡ ổ trục và tuổi thọ ổ trục được kéo dài.

Mô-men xoắn ngoài bước và mô-men xoắn kéo vào cao: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đất hiếm có mô-men xoắn ngoài bước và mô-men xoắn kéo vào cao hơn, giúp động cơ có khả năng chịu tải cao hơn và có thể được kéo vào đồng bộ một cách trơn tru.

Nhược điểm của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm

Chi phí cao: So với động cơ không đồng bộ có cùng thông số kỹ thuật, khe hở không khí giữa stato và rôto nhỏ hơn và độ chính xác xử lý của từng bộ phận cao;cấu trúc cánh quạt phức tạp hơn và giá vật liệu thép từ tính đất hiếm cao;do đó chi phí chế tạo động cơ cao, phổ biến đối với động cơ không đồng bộ Khoảng 2 lần.

Tác động lớn khi khởi động hết công suất: Khi khởi động ở áp suất tối đa, tốc độ đồng bộ có thể được rút ra trong thời gian rất ngắn.Cú sốc cơ học lớn.Dòng khởi động lớn hơn 10 lần dòng định mức.Tác động đến hệ thống cung cấp điện lớn, đòi hỏi công suất lớn của hệ thống cung cấp điện.

Thép nam châm đất hiếm dễ bị khử từ: Khi vật liệu nam châm vĩnh cửu chịu rung động, nhiệt độ cao và dòng điện quá tải, tính từ thẩm của nó có thể giảm hoặc xảy ra hiện tượng khử từ, làm giảm hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu.

Cấu trúc động cơ PM
Cấu trúc động cơ PM có thể được chia thành hai loại: bên trong và bề mặt.Mỗi thể loại có tập hợp con của nó.Một động cơ PM bề mặt có thể có nam châm trên hoặc lắp vào bề mặt của rôto, để tăng độ chắc chắn của thiết kế.Vị trí và thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong có thể rất khác nhau.Nam châm của động cơ IPM có thể được lắp vào thành một khối lớn hoặc so le khi chúng đến gần lõi hơn.Một phương pháp khác là nhúng chúng vào một mẫu nan hoa.

Biến thiên điện cảm động cơ PM với tải
Chỉ có rất nhiều từ thông có thể được liên kết với một miếng sắt để tạo ra mô-men xoắn.Cuối cùng, bàn là sẽ bão hòa và không còn cho phép từ thông liên kết nữa.Kết quả là giảm độ tự cảm của đường đi bởi trường từ thông.Trong máy PM, các giá trị điện cảm trục d và trục q sẽ giảm khi dòng tải tăng.

Độ tự cảm trục d và q của động cơ SPM gần như giống hệt nhau.Vì nam châm ở bên ngoài rôto nên độ tự cảm của trục q sẽ giảm cùng tốc độ với độ tự cảm của trục d.Tuy nhiên, độ tự cảm của động cơ IPM sẽ giảm theo cách khác.Một lần nữa, độ tự cảm của trục d thấp hơn một cách tự nhiên vì nam châm nằm trong đường từ thông và không tạo ra đặc tính cảm ứng.Do đó, có ít sắt hơn để bão hòa trong trục d, dẫn đến giảm từ thông thấp hơn đáng kể so với trục q.

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.

IPM so với SPM

Động cơ nam châm vĩnh cửu (còn gọi là PM) có thể được chia thành hai loại chính: Nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) và Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM).Cả hai loại đều tạo ra từ thông bằng các nam châm vĩnh cửu được gắn vào hoặc bên trong rôto.

SPM

MẶT NAM VĨNH VIỄN

Một loại động cơ trong đó nam châm vĩnh cửu được gắn vào chu vi rôto.

Động cơ SPM có nam châm gắn bên ngoài bề mặt rôto, độ bền cơ học của chúng yếu hơn 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.

quản lý tổng hợp

NAM CHÂM VĨNH VIỄN NỘI THẤT

Một loại động cơ có rôto được gắn nam châm vĩnh cửu được gọi là IPM.

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.

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

Động cơ nam châm vĩnh cửu là động cơ tiên tiến tương tự như cả động cơ cảm ứng và động cơ servo trong thiết kế.Chúng bao gồm một stato – vỏ ngoài – và một rôto – bộ phận chuyển động được kết nối với trục đầu ra của động cơ.Giống như các động cơ điện xoay chiều khác, động cơ nam châm vĩnh cửu khai thác tính chất vật lý của điện từ để tạo ra mô-men xoắn và chúng thực hiện điều này bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu (thường là nam châm đất hiếm) được gắn vào rô-to của chúng.Thiết kế này khác với hầu hết các động cơ điện khác, trong đó rôto tạo ra từ trường của riêng nó thông qua cảm ứng hoặc thông qua việc sử dụng nguồn điện DC hoặc chỉ đơn giản là bao gồm một kim loại sắt từ.Các nam châm trong động cơ nam châm vĩnh cửu, khi được bố trí phù hợp với stato, có thể cung cấp tốc độ bằng tần số dòng điện kích thích, và do đó được coi là động cơ đồng bộ.Những động cơ này phải được ghép nối với một bộ phận điện tử giúp làm mượt mô-men xoắn của động cơ này và đây là lý do tại sao những cỗ máy này chỉ mới đạt được bước tiến gần đây như một thiết kế khả thi.