Экстренный номер

Руководство для начинающих по синхронным двигателям с постоянными магнитами

Руководство для начинающих по синхронным двигателям с постоянными магнитами

В настоящее время значительное количество изделий продолжает эксплуатироваться с использованием асинхронных двигателей переменного тока. Тем не менее, происходит сдвиг, поскольку инженеры и операторы оборудования все чаще выбирают двигатели с постоянными магнитами (PM) в различных областях применения, в основном из-за их компактных размеров и повышенной эффективности. Такие области применения, как вентиляторы, воздуходувки и насосы, особенно хорошо сочетаются с возможностями систем привода с постоянными магнитами.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) — это синхронный двигатель переменного тока, в котором для возбуждения магнитного поля используются постоянные магниты. Эти двигатели высокоэффективные, бесщеточные, быстрые и безопасные, с исключительными динамическими характеристиками. Учитывая эти преимущества, синхронные двигатели с постоянными магнитами находят широкое применение в различных областях.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) — это тип синхронного двигателя, в котором в качестве индукторов используются постоянные магниты. В промышленном применении синхронный двигатель с постоянными магнитами является важным продуктом.

На веб-сайте Enneng вы можете выбрать из различных видов синхронных двигателей. Полный перечень услуг по обслуживанию синхронных двигателей для всех ваших потребностей доступен на веб-сайте Enneng. Компания Enneng может предоставить вам широкий ассортимент синхронных двигателей с постоянными магнитами различных классов, подходящих для различных условий применения.

Что такое синхронный двигатель с постоянными магнитами

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) — это тип бесщеточного двигателя, который высоко ценится за свою надежность и эффективность. Он имеет ротор с постоянными магнитами, который предлагает несколько преимуществ, таких как высокий крутящий момент, компактный размер и отсутствие необходимости в токе ротора. Вместо обмоток ротор использует постоянные магниты для создания вращающегося магнитного поля. Такая конструкция делает двигатель простым и экономичным, так как устраняет необходимость в источнике питания постоянного тока. СДПМ работают как синхронные двигатели переменного тока, при этом возбуждение магнитного поля обеспечивается постоянными магнитами, что приводит к синусоидальной обратной форме ЭДС. Это позволяет PMSM генерировать крутящий момент даже на нулевой скорости. Однако для эффективной работы этих двигателей требуется инвертор с цифровым управлением.

Строительство

Как и все вращающиеся двигатели, синхронные двигатели с постоянными магнитами состоят из ротора и статора. Общая конструкция синхронного двигателя с постоянными магнитами очень похожа на конструкцию стандартного синхронного двигателя, с основным отличием, заключающимся в конструкции ротора. В этом типе двигателя ротор не имеет обмоток магнитного поля и вместо них имеет установленные постоянные магниты.

Эти постоянные магниты служат для создания магнитных полюсов внутри двигателя. Как правило, постоянные магниты, используемые в таких двигателях, изготавливаются из таких материалов, как самарий-кобальт и неодим-железо-бор из-за их высокой проницаемости. Среди этих вариантов неодимовый железо-бор является наиболее часто используемым постоянным магнитом из-за его экономичности и широкой доступности.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами работают по тому же принципу, что и синхронные двигатели. Принцип его работы основан на взаимодействии между вращающимся магнитным полем статора и постоянным магнитным полем ротора. Он полагается на вращающееся магнитное поле для генерации электрического потенциала на синхронных скоростях.

При подаче питания на обмотки статора трехфазным электропитанием в воздушных зазорах возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуцирует крутящий момент, так как полюса ротора синхронизируются с вращающимся магнитным полем с постоянной скоростью, что приводит к непрерывному вращению ротора. Учитывая, что эти двигатели не обладают способностью к самостоятельному запуску, обеспечение источника питания с переменной частотой имеет важное значение для начала работы.

Функции

-Безыскротельный, более безопасный во взрывоопасных средах
-Чистый, быстрый и эффективный
-Более компактный, эффективный и легкий, чем ACIM
-Предназначен для высокопроизводительных сервоприводов
-Работает с датчиком положения или без него
-Низкий уровень шума и электромагнитных помех
-Плавная работа на низких и высоких скоростях
-В сочетании с ориентированным на поле управлением (FOC) для оптимального создания крутящего момента

Типы

1. Классификация двигателей PMSM в зависимости от конструкции ротора:
Ротор состоит из постоянных магнитов. Постоянные магниты изготовлены из материалов с высокой коэрцитивной силой. По конструкции ротора синхронные двигатели можно классифицировать как:
Двигатели с магнитно-полюсным ротором;
Двигатели без ротора с магнитным полюсом.

Их также можно классифицировать как:
Синхронные двигатели с внутренними постоянными магнитами
В этой конструкции постоянные магниты встроены в ротор, как показано на рисунке ниже. Он подходит и надежен для высокоскоростных приложений. Реактивный крутящий момент обусловлен выпуклостью двигателя.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами на поверхности
В этой конфигурации магниты монтируются на поверхности ротора. Он подходит для высокоскоростных применений, но не надежен. Воздушный зазор однороден, так как проницаемость постоянных магнитов и воздушный зазор одинаковы. Отсутствие крутящего момента сопротивления и высокие динамические характеристики делают его подходящим для высокоскоростного оборудования, такого как роботы и приводы инструментов.

2. Классификация двигателей СДПМ по конструкции статора

Статор состоит из наружного каркаса и сердечника с обмотками. Наиболее распространенными конструкциями являются двухфазные и трехфазные обмотки.

В зависимости от конструкции статора синхронные двигатели с постоянными магнитами могут быть:
Распределенная обмотка;
Централизованные обмотки.

Принципы работы

Функционирование СДПМ основано на взаимодействии между вращающимся магнитным полем статора и постоянным магнитным полем ротора. Ротор, который включает в себя постоянный магнит, генерирует постоянный магнитный поток, который вращается и синхронизируется с определенной скоростью.

Обмотки статора организованы в фазные наборы, каждый из которых состоит из соединенных между собой обмоток. Эти наборы фаз могут быть соединены в различных конфигурациях, таких как звезда, треугольник, двухфазный или однофазный. Желательно, чтобы обмотки были плотно намотаны друг на друга, чтобы свести к минимуму возникновение гармонических напряжений. Это помогает уменьшить наличие нежелательных электрических помех в системе.

При подаче трехфазного переменного тока на статор создается вращающееся магнитное поле, а постоянное магнитное поле индуцируется постоянными магнитами ротора. Ротор работает синхронно с синхронной скоростью. Вся работа СДПМ зависит от воздушного зазора между статором и ротором без нагрузки.

Если воздушный зазор большой, ветровые потери двигателя уменьшаются. Полюса магнитного поля, создаваемые постоянными магнитами, являются заметными. Синхронные двигатели с постоянными магнитами не являются самозапускающимися двигателями. Поэтому необходимо электронное управление переменной частотой статора.

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами

Поскольку синхронные двигатели с постоянными магнитами должны приводиться в движение синусоидальными волнами, сложность управления возрастает. Синхронные двигатели с постоянными магнитами требуют системы управления, такой как частотно-регулируемый привод или сервопривод.

Система управления включает в себя широкий спектр методов управления, и выбор наиболее подходящего метода управления во многом зависит от конкретных требований моторизованного привода. Для более простых задач обычно используется трапециевидное управление с датчиками Холла, в то время как для оптимизации производительности моторизованного привода часто предпочтительнее полевое управление.

В большинстве случаев для инициирования СДПМ требуется частотно-регулируемый привод. Однако некоторые СДПМ оснащены короткозамкнутыми пускателями в роторе, известными как линейные пускатели или самопускатели. Эти конфигурации часто используются в качестве высокоэффективной альтернативы асинхронным двигателям из-за отсутствия проскальзывания. Тем не менее, крайне важно обеспечить достижение синхронных скоростей и устойчивость системы к пульсациям крутящего момента в процессе запуска.

Есть ли у синхронных двигателей постоянные магниты?

В синхронном двигателе с постоянными магнитами (СДПМ) постоянные магниты, размещенные в стальном роторе, обеспечивают непрерывное магнитное поле. Вращающееся магнитное поле создается обмотками в статоре, соединенными с источником переменного тока (так же, как в асинхронном двигателе).

Преимущества синхронных двигателей с постоянными магнитами

К преимуществам синхронных двигателей с постоянными магнитами можно отнести:
-Динамические характеристики на высоких и низких скоростях
-Высокая удельная мощность
-Низкая инерция ротора для легкого управления
-Отсутствие пульсаций крутящего момента во время коммутации двигателя
-Высокий и плавный крутящий момент
-Высокая эффективность на высоких скоростях
-Устойчив к износу

-Доступен в небольших размерах в разных упаковках
-Простота обслуживания и установки
-Поддерживает полный крутящий момент даже на низких скоростях
-Высокая надежность
-Эффективное рассеивание тепла
-Низкий уровень шума

Недостатки

Недостатками синхронных двигателей с постоянными магнитами являются:
-Высокая первоначальная стоимость
-Очень дорого
-Трудно запустить, так как они не являются самозапускающимися двигателями

Приложений

-Области применения синхронных двигателей с постоянными магнитами включают:
-Компрессоры переменного тока
-Автомобильный электроусилитель руля
-Станки
-Большие системы питания для улучшения опережающего и запаздывающего коэффициента мощности

В последние годы синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) все чаще используются в высокопроизводительных приводах с развитием твердотельной электроники, процессоров и интеллектуальных вычислительных технологий. Преимуществами СДПМ являются простая конструкция, небольшие размеры, высокий КПД и высокий коэффициент мощности.

Поделиться с: