Co to jest silnik synchroniczny z magnesami trwałymi i jego działanie

W systemie elektrycznym silniki synchroniczne to najpowszechniej stosowane trójfazowe silniki prądu przemiennego w stanie ustalonym, które zamieniają energię elektryczną w energię mechaniczną. Ten typ silnika pracuje z prędkością synchroniczną, która jest stała i jest synchroniczna z częstotliwością zasilania, a okres obrotów jest równy liczbie całki. cykli AC. Oznacza to, że prędkość silnika jest równa wirującemu polu magnetycznemu. Ten typ silnika jest używany głównie w Systemy energetyczne aby poprawić współczynnik mocy. Istnieją niewzbudzone i wzbudzane prądem stałym silniki synchroniczne, które działają zgodnie z mocą magnetyczną silnika. Silniki reluktancyjne, silniki z histerezą i silniki z magnesami trwałymi to niewzbudzone silniki synchroniczne. Ten artykuł dotyczy działania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi.

Co to jest silnik synchroniczny z magnesami trwałymi?

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są jednym z rodzajów silników synchronicznych prądu przemiennego, w których pole jest wzbudzane przez magnesy trwałe, które generują sinusoidalną siłę wsteczną. Zawiera wirnik i stojan takie same jak w silnik indukcyjny , ale magnes trwały jest używany jako wirnik do wytwarzania pola magnetycznego. Dlatego nie ma potrzeby nawijania uzwojenia pola wirnik . Jest również znany jako 3-fazowy bezszczotkowy silnik o stałej sinusoidzie. Plik schemat silnika synchronicznego z magnesami trwałymi pokazano poniżej.

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi

Teoria silnika synchronicznego z magnesem trwałym

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są bardzo wydajne, bezszczotkowe, bardzo szybkie, bezpieczne i zapewniają wysoką dynamikę w porównaniu z silnikami konwencjonalnymi. Zapewnia płynny moment obrotowy, niski poziom hałasu i jest używany głównie w aplikacjach o dużej prędkości, takich jak robotyka . Jest to trójfazowy silnik synchroniczny prądu przemiennego, który pracuje z prędkością synchroniczną z zastosowanym źródłem prądu przemiennego.

Zamiast uzwojenia wirnika, magnesy trwałe są montowane, aby wytworzyć wirujące pole magnetyczne. Ponieważ nie ma zasilania źródła prądu stałego, te rodzaje silników są bardzo proste i tańsze. Zawiera stojan z zainstalowanymi na nim 3 uzwojeniami oraz wirnik z magnesem trwałym, który tworzy bieguny pola. 3-fazowe zasilanie prądem przemiennym jest podawane do stojana, aby rozpocząć pracę.

Zasada działania

Plik Zasada działania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest podobny do silnika synchronicznego. Zależy to od wirującego pola magnetycznego, które wytwarza siłę elektromotoryczną z prędkością synchroniczną. Gdy uzwojenie stojana jest zasilane prądem trójfazowym, pomiędzy szczelinami powietrznymi wytwarzane jest wirujące pole magnetyczne.

To wytwarza moment obrotowy, gdy bieguny pola wirnika utrzymują obracające się pole magnetyczne z prędkością synchroniczną, a wirnik obraca się w sposób ciągły. Ponieważ silniki te nie są silnikami samorozruchowymi, konieczne jest zapewnienie zasilania o zmiennej częstotliwości.

Równanie pola elektromagnetycznego i momentu obrotowego

W maszynie synchronicznej, średni EMF indukowany na fazę nazywany jest dynamicznym indukuje EMF w silniku synchronicznym, strumień odcięty przez każdy przewodnik na obrót wynosi Pϕ Weber
Wówczas czas potrzebny do wykonania jednego obrotu wynosi 60 / N sek

Średnią EMF indukowaną na przewodnik można obliczyć za pomocą

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Gdzie Tph = Zph / 2

Dlatego średnia wartość pola elektromagnetycznego na fazę wynosi,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Gdzie Tph = nie. Zwojów połączonych szeregowo na fazę

ϕ = strumień / biegun w Weber

P = nie. Polaków

F = częstotliwość w Hz

Zph = nie. Przewodów połączonych szeregowo na fazę. = Zph / 3

Równanie EMF zależy od cewek i przewodów stojana. W przypadku tego silnika uwzględniono również współczynnik podziału Kd i współczynnik skoku Kp.

W związku z tym, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

Równanie momentu obrotowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi podano jako:

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Bezpośrednia kontrola momentu obrotowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi

Do sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi używamy różnych typów systemy kontrolne . W zależności od zadania stosowana jest niezbędna technika sterowania. Różne metody sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi to:

Kategoria sinusoidalna

• Skalarny
• Wektor: sterowanie zorientowane na pole (FOC) (z czujnikiem położenia i bez)
• Bezpośrednia kontrola momentu obrotowego

Kategoria trapezowa

• Otwarta pętla
• Pętla zamknięta (zi bez czujnika położenia)

Technologia bezpośredniego sterowania momentem obrotowym tego silnika to bardzo prosty obwód sterujący o efektywnej dynamice i dobrym zakresie regulacji. Nie wymaga żadnego czujnika położenia wirnika. Główną wadą stosowania tej metody sterowania jest wysoki moment obrotowy i tętnienie prądu.

Budowa

Plik konstrukcja silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest podobny do podstawowego silnika synchronicznego, ale jedyna różnica dotyczy wirnika. Wirnik nie ma uzwojenia pola, ale magnesy trwałe służą do tworzenia biegunów pola. Magnesy trwałe używane w PMSM składają się z samaru-kobaltu i medium, żelaza i boru ze względu na ich wyższą przepuszczalność.

Najczęściej stosowanym magnesem trwałym jest żelazo neodymowo-borowo-żelazowe ze względu na jego opłacalny koszt i łatwość dostępności. W tym typie magnesy trwałe są zamontowane na wirniku. Bazując na zamontowaniu magnesu trwałego na wirniku, konstrukcję silnika synchronicznego z magnesami trwałymi dzieli się na dwa typy. Oni są,

PMSM do montażu natynkowego

W tej konstrukcji magnes osadzony jest na powierzchni wirnika. Nadaje się do zastosowań o dużej szybkości, ponieważ nie jest wytrzymały. Zapewnia jednolitą szczelinę powietrzną, ponieważ przepuszczalność magnesu trwałego i szczeliny powietrznej są takie same. Brak reluktancji momentu obrotowego, wysoka dynamika działania i odpowiednia dla szybkich urządzeń, takich jak robotyka i napędy narzędzi.

Montowane na powierzchni

Zakopany PMSM lub Wewnętrzny PMSM

W tego typu konstrukcji magnes trwały jest osadzony w wirniku, jak pokazano na poniższym rysunku. Nadaje się do zastosowań o dużej prędkości i jest wytrzymały. Reluktancyjny moment obrotowy jest spowodowany obecnością silnika.

Pochowany PMSM

Działanie silnika synchronicznego z magnesami trwałymi

Praca silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest bardzo prosta, szybka i skuteczna w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami. Działanie PMSM zależy od wirującego pola magnetycznego stojana i stałego pola magnetycznego wirnika. Magnesy trwałe są używane jako wirnik do wytwarzania stałego strumienia magnetycznego, działają i blokują się z prędkością synchroniczną. Te typy silników są podobne do bezszczotkowych silników prądu stałego.

Grupy wskazowe powstają poprzez połączenie ze sobą uzwojeń stojana. Te grupy wskazowe są połączone ze sobą, tworząc różne połączenia, takie jak gwiazda, delta, podwójne i pojedyncze fazy. Aby zredukować napięcia harmoniczne, uzwojenia powinny być zwinięte krótko ze sobą.

Gdy trójfazowe zasilanie prądem przemiennym jest doprowadzane do stojana, wytwarza ono wirujące pole magnetyczne, a stałe pole magnetyczne jest indukowane przez magnes trwały wirnika. Ten wirnik działa synchronicznie z prędkością synchroniczną. Cała praca PMSM zależy od szczeliny powietrznej między stojanem a wirnikiem bez obciążenia.

Jeśli szczelina powietrzna jest duża, straty spowodowane przez wiatr silnika zostaną zmniejszone. Wyraźne są bieguny pola utworzone przez magnes trwały. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi nie są silnikami samorozruchowymi. Dlatego konieczne jest elektroniczne sterowanie zmienną częstotliwością stojana.

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi vs BLDC

Różnice między silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSM) a BLDC ( bezszczotkowe silniki prądu stałego ) obejmują następujące elementy.

Zalety

Plik zalety silnika synchronicznego z magnesami trwałymi zawierać,

• zapewnia wyższą wydajność przy dużych prędkościach
• dostępne w małych rozmiarach w różnych opakowaniach
• konserwacja i instalacja są bardzo łatwe niż w przypadku silnika indukcyjnego
• zdolne do utrzymania pełnego momentu obrotowego przy niskich prędkościach.
• wysoka wydajność i niezawodność
• zapewnia płynny moment obrotowy i dynamiczne działanie

Niedogodności

Wadami silników synchronicznych z magnesami trwałymi są:

• Tego typu silniki są bardzo drogie w porównaniu z silnikami indukcyjnymi
• W jakiś sposób trudne do uruchomienia, ponieważ nie są to silniki samorozruchowe.

Aplikacje

Zastosowania silników synchronicznych z magnesami trwałymi to:

• Klimatyzatory
• Lodówki
• Sprężarki AC
• Pralki z napędem bezpośrednim
• Samochodowe elektryczne wspomaganie kierownicy
• Narzędzia maszynowe
• Duże systemy zasilania poprawiające wyprzedzający i opóźniający współczynnik mocy
• Kontrola trakcji
• Jednostki przechowywania danych.
• Serwonapędy
• Zastosowania przemysłowe, takie jak robotyka, lotnictwo i wiele innych.

A więc o to chodzi przegląd silnika synchronicznego z magnesami trwałymi - definicja, działanie, zasada działania, schemat, konstrukcja, zalety, wady, zastosowania, emf i równanie momentu obrotowego. Oto pytanie do Ciebie: „Jaki jest cel stosowania magnesu trwałego w silnikach synchronicznych?