Постоянные магнитные двигатели повышают производительность промышленности

Электрические двигатели являются жизненной силой современной промышленности, и среди них постоянные магнитные синхронные двигатели (ПМСМ) становятся превосходным решением в нескольких секторах.Какие преимущества они предлагают по сравнению с традиционными двигателями? Какие гениальные конструкции скрыты в их структуре? Какие уникальные стратегии управления делают их выдающимися?методы контроля, и применения.

Постоянный магнитный синхронный двигатель (PMSM) - это тип синхронного двигателя, в котором возбуждающее магнитное поле обеспечивается постоянными магнитами.По сравнению с традиционными электрически возбужденными синхронными двигателями, PMSM исключают необходимость в дополнительных обмотках возбуждения и источниках питания, что приводит к более компактной структуре и более высокой эффективности.PMSM предлагают более высокую плотность мощности, соотношение крутящего момента к инерции и точность управления, что делает их идеальными для высокопроизводительных сервоприводов, электромобилей, производства ветровой энергии и других приложений.

PMSM в основном состоят из двух частей: статора и ротора.

Статор, стационарный компонент ПМСМ, в основном состоит из ядра статора и обмоток статора.Намотки статора встроены в слоты ядра статора, образующие многофазные обмотки переменного тока, причем наиболее распространены двухфазные и трехфазные конфигурации.

Распределенные обмотки имеют несколько слотов на столб и фазу (Q=2,3Их преимущество заключается в эффективном подавлении более высоких гармоний и улучшении двигательной производительности, хотя сложность изготовления увеличивается.

Концентрированные обмотки используют один слот на полюс на фазу (Q=1).

Ротор, вращающийся компонент, имеет постоянные магниты в качестве ключевого инновации.

В SPMSM магниты устанавливаются непосредственно на поверхности ротора.но страдает от более низкой механической прочности и уязвимости магнита к влиянию воздушного разрыва.

IPMSM встраивают магниты в ротор, предлагая превосходную механическую прочность и возможность использовать отказовой крутящий момент для повышения плотности крутящего момента.включая однослойные, многослойные и V-типовые устройства.

Дальнейшая классификация, основанная на соотношении выделенности, разделяет ПМСМ на:

• ПМСМ выступающего полюса:где индуктивность прямой оси (Ld) отличается от индуктивности квадратной оси (Lq).
• ПМСМ с невыступающим полюсом:где Ld равен Lq.

Когда симметричный многофазный ток переменного тока течет через обмотки статора, то в результате возникает взаимодействие между вращающимся магнитным полем статора и постоянным магнитным полем ротора.Он генерирует вращающееся магнитное поле.Постоянное магнитное поле ротора синхронизируется с этим вращающимся полем, создавая крутящий момент, который движет вращением.Синхронная работа происходит, когда скорость ротора соответствует скорости вращения поля статора.

Подобно индукционным двигателям, трехфазный переменный ток в обмотках статора PMSM создает вращающееся магнитное поле.

n = 60f / p

где n - скорость вращения (rpm), f - частота (Hz) и p - количество пар полюсов.

Взаимодействие между постоянными магнитными полями ротора и вращающимися полями статора производит электромагнитный крутящий момент.и конструктивные параметры двигателяSPMSM в первую очередь генерируют крутящий момент постоянного магнита, в то время как IPMSM производят как крутящий момент постоянного магнита, так и нежелательный крутящий момент из-за своей конструкции выступающего полюса.

Управление PMSM направлено на точное регулирование скорости, крутящего момента и положения.

Этот простой метод контролирует скорость двигателя, поддерживая постоянное соотношение напряжения и частоты.что делает его непригодным для высокопроизводительных приложений.

Эта передовая техника расщепляет статорный ток на компоненты возбуждения и крутящего момента для независимого управления.FOC обеспечивает высокую точность и динамический ответ, но требует сложных алгоритмов, включающих трансформации координат и идентификацию параметров.

Используя потоки ротора в качестве отсчета, этот метод расщепляет ток статора на компоненты d-оси и q-оси для отдельного возбуждения и управления крутящим моментом,позволяет быстро реагировать на крутящий момент, но требует точных данных о положении ротора.

Эта вариация использует потоки статора в качестве отсчета, устраняя прямую зависимость от положения ротора, но увеличивая алгоритмическую сложность.

DTC напрямую регулирует крутящий момент, управляя векторами напряжения статора, чтобы соответствовать значениям эталонного крутящего момента и потока.производит значительные колебания крутящего момента, требующие мер смягчения;.

Устранение датчиков положения снижает стоимость и сложность.

Этот метод оценивает положение ротора на основе наблюдений за обратным электромагнитным полем, но испытывает трудности при низких скоростях из-за небольших амплитуд сигнала, уязвимых к помехам шума.

При введении высокочастотных сигналов и мониторинге колебаний индуктивности, вызванных эффектами выдвижения, этот подход хорошо работает для IPMSM, но требует более высоких частот переключения.

Используется для PMSM с трапецидообразным обратным электромагнитным полем, этот простой метод производит значительную колебание крутящего момента.

По сравнению с традиционными индукционными двигателями, PMSM предлагают:

Устранение возбуждающего тока уменьшает потери, особенно заметные при легких нагрузках.Исследования показывают, что PMSM достигают примерно на 2% более высокой эффективности, чем индукционные двигатели с высокой эффективностью (IE3) при сопоставимых условиях.

Высокоэнергетические постоянные магниты обеспечивают более сильные магнитные поля в компактных размерах, обеспечивая большую мощность на единицу объема.

Компактные конструкции ротора с низкой инерцией облегчают быструю работу и ускорение, повышая динамический отклик.

Развитые методы управления, такие как FOC и DTC, позволяют точно регулировать скорость, крутящий момент и положение, отвечая требованиям сервоприложений.

ПМСМ превосходят в различных областях:

Идеально подходит для двигательных систем электромобилей, PMSM улучшают дальность и ускорение.

Ветряные турбины PMSM с прямым приводом исключают коробки передач, уменьшая механические потери и техническое обслуживание, одновременно повышая надежность в суровой среде.

В качестве основных компонентов высокопроизводительных сервосистем ПМСМ отвечают строгим требованиям промышленных роботов и станков с ЧПУ.

Широко используемые в кондиционерах, стиральных машинах и холодильниках на основе инверторов, ПМСМ повышают энергоэффективность при одновременном снижении шума и увеличении срока службы.

С их превосходной эффективностью, плотностью мощности и точностью управления ПМСМ представляют собой значительный прогресс в двигательной технологии.Поскольку материалы постоянных магнитов и алгоритмы управления продолжают развиваться, применения будут расширяться в области электрической мобильности, интеллектуального производства и аэрокосмической промышленности.и бессенсорные технологии обещают стимулировать непрерывное развитие ПМСМ.