Завдяки своїй компактності та високій щільності крутного моменту синхронні двигуни з постійними магнітами широко використовуються в багатьох промислових застосуваннях, особливо для високопродуктивних систем приводу, таких як силові установки підводних човнів.Синхронні двигуни з постійними магнітами не вимагають використання контактних кілець для збудження, що зменшує технічне обслуговування ротора та втрати.Синхронні двигуни з постійними магнітами є високоефективними та підходять для високопродуктивних систем приводу, таких як верстати з ЧПК, робототехніка та автоматизовані виробничі системи в промисловості.
Як правило, проектування та конструкція синхронних двигунів з постійними магнітами повинні враховувати як структуру статора, так і ротора, щоб отримати високопродуктивний двигун.
Будова синхронного двигуна з постійними магнітами
Густина магнітного потоку повітряного проміжку:Визначається відповідно до конструкції асинхронних двигунів тощо, конструкції роторів з постійними магнітами та використання спеціальних вимог до комутації обмоток статора.Крім того, передбачається, що статор є щілинним.Щільність потоку повітряного проміжку обмежена насиченням сердечника статора.Зокрема, пікова щільність потоку обмежена шириною зубів шестерні, тоді як задня частина статора визначає максимальний загальний потік.
Крім того, допустимий рівень насичення залежить від застосування.Як правило, високоефективні двигуни мають нижчу щільність потоку, тоді як двигуни, розроблені для максимального крутного моменту, мають вищу щільність потоку.Пікова щільність потоку повітряного проміжку зазвичай знаходиться в діапазоні 0,7–1,1 Тесла.Слід зазначити, що це повна щільність потоку, тобто сума потоків ротора і статора.Це означає, що якщо сила реакції якоря низька, це означає, що крутний момент вирівнювання високий.
Однак, щоб досягти великого внеску крутного моменту, сила реакції статора повинна бути великою.Параметри машини показують, що для отримання крутного моменту вирівнювання в основному потрібні велике значення m і мала індуктивність L.Зазвичай це підходить для роботи на нижчій базовій швидкості, оскільки висока індуктивність зменшує коефіцієнт потужності.
Матеріал постійного магніту:
Магніти відіграють важливу роль у багатьох пристроях, тому покращення продуктивності цих матеріалів є дуже важливим, і в даний час увага зосереджена на матеріалах на основі рідкоземельних і перехідних металів, які можуть отримувати постійні магніти з високими магнітними властивостями.Залежно від технології магніти мають різні магнітні та механічні властивості та виявляють різну стійкість до корозії.
Магніти NdFeB (Nd2Fe14B) і самарій-кобальт (Sm1Co5 і Sm2Co17) є найсучаснішими комерційними матеріалами для постійних магнітів, доступними на сьогодні.У кожному класі рідкісноземельних магнітів існує велика різноманітність марок.Магніти NdFeB почали комерціалізувати на початку 1980-х років.Вони широко використовуються сьогодні в багатьох різних сферах застосування.Вартість цього магнітного матеріалу (на енергопродукт) порівнянна з феритовими магнітами, а на основі кілограма NdFeB магніти коштують приблизно в 10-20 разів дорожче, ніж феритові магніти.
Деякі важливі властивості, які використовуються для порівняння постійних магнітів: залишкова намагніченість (Mr), яка вимірює силу магнітного поля постійного магніту, коерцитивна сила (Hcj), здатність матеріалу протистояти розмагнічуванню, енергетичний продукт (BHmax), щільність магнітної енергії ;Температура Кюрі (TC), температура, при якій матеріал втрачає магнетизм.Неодимові магніти мають вищу залишкову намагніченість, вищу коерцитивну силу та енергетичний добуток, але, як правило, мають нижчу температуру Кюрі. Неодим працює з тербієм і диспрозієм, щоб зберегти свої магнітні властивості при високих температурах.
Конструкція синхронного двигуна з постійним магнітом
У конструкції синхронного двигуна з постійними магнітами (PMSM) конструкція ротора з постійними магнітами базується на рамі статора трифазного асинхронного двигуна без зміни геометрії статора та обмоток.Технічні характеристики та геометрія включають: швидкість двигуна, частоту, кількість полюсів, довжину статора, внутрішній і зовнішній діаметри, кількість пазів ротора.Конструкція PMSM включає втрати в міді, зворотну ЕРС, втрати в залізі та власну та взаємну індуктивність, магнітний потік, опір статора тощо.
Розрахунок самоіндуктивності та взаємної індуктивності:
Індуктивність L можна визначити як відношення потокозчеплення до струму I, що створює потік, у Генрі (H), що дорівнює Веберу на ампер.Котушка індуктивності — це пристрій, який використовується для зберігання енергії в магнітному полі, подібно до того, як конденсатор накопичує енергію в електричному полі.Котушки індуктивності зазвичай складаються з котушок, зазвичай намотаних навколо феритового або феромагнітного сердечника, і значення їхньої індуктивності залежить лише від фізичної структури провідника та проникності матеріалу, через який проходить магнітний потік.
Щоб знайти індуктивність, виконайте такі дії:1. Нехай у провіднику тече струм І.2. Використовуйте закон Біо-Савара або петлевий закон Ампера (якщо є), щоб визначити, що B є достатньо симетричним.3. Розрахувати сумарний потік, що з'єднує всі контури.4. Помножте загальний магнітний потік на кількість петель, щоб отримати зчеплення потоку, і виконайте проектування синхронного двигуна з постійним магнітом, оцінивши необхідні параметри.
Дослідження показало, що конструкція з використанням NdFeB як матеріалу ротора постійного магніту змінного струму збільшила магнітний потік, створений у повітряному зазорі, що призвело до зменшення внутрішнього радіуса статора, тоді як внутрішній радіус статора з використанням постійного самарію кобальту матеріал магнітного ротора був більшим.Результати показують, що ефективні втрати міді в NdFeB зменшуються на 8,124%.Для самарій-кобальту як матеріалу постійного магніту магнітний потік буде синусоїдальним.Як правило, проектування та конструкція синхронних двигунів з постійними магнітами повинні враховувати як структуру статора, так і ротора, щоб отримати високопродуктивний двигун.
на закінчення
Синхронний двигун з постійним магнітом (PMSM) — це синхронний двигун, який використовує високомагнітні матеріали для намагнічення та має характеристики високої ефективності, простої конструкції та легкого керування.Цей синхронний двигун із постійним магнітом має застосування в тягових, автомобільних, робототехнічних та аерокосмічних технологіях.Питома потужність синхронних двигунів з постійними магнітами вища, ніж у асинхронних двигунів того самого номіналу, оскільки немає потужності статора, призначеної для створення магнітного поля..
В даний час конструкція ПМСМ вимагає не тільки більшої потужності, але й меншої маси та нижчого моменту інерції.
Час публікації: 01 липня 2022 р