Поради тяхната компактност и висока плътност на въртящия момент, синхронните двигатели с постоянен магнит се използват широко в много промишлени приложения, особено за високопроизводителни задвижващи системи като системи за задвижване на подводници.Синхронните двигатели с постоянен магнит не изискват използването на контактни пръстени за възбуждане, което намалява поддръжката на ротора и загубите.Синхронните двигатели с постоянен магнит са високоефективни и подходящи за високопроизводителни задвижващи системи като CNC машинни инструменти, роботика и автоматизирани производствени системи в индустрията.
Като цяло проектирането и конструкцията на синхронни двигатели с постоянен магнит трябва да вземат предвид структурата както на статора, така и на ротора, за да се получи двигател с висока производителност.
Структурата на синхронния двигател с постоянен магнит
Плътност на магнитния поток на въздушната междина:Определя се според дизайна на асинхронни двигатели и др., дизайна на ротори с постоянен магнит и използването на специални изисквания за превключване на намотките на статора.Освен това се предполага, че статорът е статор с прорези.Плътността на потока на въздушната междина е ограничена от насищането на ядрото на статора.По-специално, пиковата плътност на потока е ограничена от ширината на зъбите на зъбното колело, докато задната част на статора определя максималния общ поток.
Освен това допустимото ниво на насищане зависи от приложението.Обикновено високоефективните двигатели имат по-ниска плътност на потока, докато двигателите, проектирани за максимална плътност на въртящия момент, имат по-висока плътност на потока.Пиковата плътност на потока на въздушната междина обикновено е в диапазона 0,7–1,1 тесла.Трябва да се отбележи, че това е общата плътност на потока, т.е. сумата от потоците на ротора и статора.Това означава, че ако силата на реакция на котвата е ниска, това означава, че въртящият момент на подравняване е висок.
Въпреки това, за да се постигне голям принос на въртящия момент на нежелание, реакционната сила на статора трябва да бъде голяма.Параметрите на машината показват, че голяма m и малка индуктивност L са необходими главно за получаване на въртящ момент за центриране.Това обикновено е подходящо за работа под базовата скорост, тъй като високата индуктивност намалява фактора на мощността.
Материал на постоянен магнит:
Магнитите играят важна роля в много устройства, следователно подобряването на производителността на тези материали е много важно и в момента вниманието е насочено към материали на основата на редкоземни и преходни метали, които могат да получат постоянни магнити с високи магнитни свойства.В зависимост от технологията, магнитите имат различни магнитни и механични свойства и проявяват различна устойчивост на корозия.
Магнитите NdFeB (Nd2Fe14B) и самариевият кобалт (Sm1Co5 и Sm2Co17) са най-модерните търговски материали с постоянен магнит, налични днес.Във всеки клас редкоземни магнити има голямо разнообразие от степени.NdFeB магнитите бяха комерсиализирани в началото на 80-те години.Те се използват широко днес в много различни приложения.Цената на този магнитен материал (на енергиен продукт) е сравнима с тази на феритните магнити и на база килограм NdFeB магнитите струват около 10 до 20 пъти повече от феритните магнити.
Някои важни свойства, използвани за сравняване на постоянни магнити, са: остатъчна намагнитност (Mr), която измерва силата на магнитното поле на постоянния магнит, коерцитивна сила (Hcj), способността на материала да устои на демагнетизация, енергиен продукт (BHmax), плътност на магнитната енергия ;Температура на Кюри (TC), температурата, при която материалът губи своя магнетизъм.Неодимовите магнити имат по-висока остатъчна устойчивост, по-висока коерцитивност и енергиен продукт, но обикновено са от типа с по-ниска температура на Кюри. Неодимовият работи с тербий и диспрозий, за да поддържа своите магнитни свойства при високи температури.
Дизайн на синхронен двигател с постоянен магнит
При проектирането на синхронен двигател с постоянен магнит (PMSM) конструкцията на ротора с постоянен магнит се основава на рамката на статора на трифазен асинхронен двигател без промяна на геометрията на статора и намотките.Спецификациите и геометрията включват: скорост на двигателя, честота, брой полюси, дължина на статора, вътрешен и външен диаметър, брой роторни слотове.Дизайнът на PMSM включва загуба на мед, обратно ЕМП, загуба на желязо и собствена и взаимна индуктивност, магнитен поток, статорно съпротивление и др.
Изчисляване на самоиндуктивност и взаимна индуктивност:
Индуктивността L може да се дефинира като съотношението на връзката на потока към генериращия поток ток I, в Henry (H), равно на Weber на ампер.Индукторът е устройство, използвано за съхраняване на енергия в магнитно поле, подобно на това как кондензатор съхранява енергия в електрическо поле.Индукторите обикновено се състоят от намотки, обикновено навити около феритно или феромагнитно ядро и стойността на тяхната индуктивност е свързана само с физическата структура на проводника и пропускливостта на материала, през който преминава магнитният поток.
Стъпките за намиране на индуктивността са както следва:1. Да предположим, че има ток I в проводника.2. Използвайте закона на Biot-Savart или закона на Ampere's Loop (ако е наличен), за да определите, че B е достатъчно симетрично.3. Изчислете общия поток, свързващ всички вериги.4. Умножете общия магнитен поток по броя на контурите, за да получите връзката на потока, и изпълнете дизайна на синхронния двигател с постоянен магнит, като оцените необходимите параметри.
Проучването установи, че дизайнът на използване на NdFeB като материал на ротора с променливотоков постоянен магнит увеличава магнитния поток, генериран във въздушната междина, което води до намаляване на вътрешния радиус на статора, докато вътрешният радиус на статора използва постоянен самарий кобалт материалът на магнитния ротор е по-голям.Резултатите показват, че ефективната загуба на мед в NdFeB е намалена с 8,124%.За самариевия кобалт като постоянен магнитен материал, магнитният поток ще бъде синусоидална вариация.Като цяло проектирането и конструкцията на синхронни двигатели с постоянен магнит трябва да вземат предвид структурата както на статора, така и на ротора, за да се получи двигател с висока производителност.
в заключение
Синхронният двигател с постоянен магнит (PMSM) е синхронен двигател, който използва силно магнитни материали за намагнитване и има характеристиките на висока ефективност, проста структура и лесно управление.Този синхронен двигател с постоянен магнит има приложения в тягата, автомобилостроенето, роботиката и космическата технология.Плътността на мощността на синхронните двигатели с постоянен магнит е по-висока от тази на асинхронните двигатели със същата мощност, тъй като няма статорна мощност, предназначена за генериране на магнитното поле..
Понастоящем дизайнът на PMSM изисква не само по-висока мощност, но и по-ниска маса и по-нисък инерционен момент.
Време на публикуване: 01 юли 2022 г