Благодаря своей компактности и высокой плотности крутящего момента синхронные двигатели с постоянными магнитами широко используются во многих отраслях промышленности, особенно в высокопроизводительных системах привода, таких как двигательные установки подводных лодок.Синхронные двигатели с постоянными магнитами не требуют использования контактных колец для возбуждения, что снижает затраты на обслуживание ротора и потери.Синхронные двигатели с постоянными магнитами высокоэффективны и подходят для высокопроизводительных систем привода, таких как станки с ЧПУ, робототехника и автоматизированные производственные системы в промышленности.
Как правило, при проектировании и изготовлении синхронных двигателей с постоянными магнитами необходимо учитывать конструкцию как статора, так и ротора, чтобы получить высокопроизводительный двигатель.
Конструкция синхронного двигателя с постоянными магнитами
Плотность магнитного потока в воздушном зазоре:Определяется конструкцией асинхронных двигателей и т.п., конструкцией роторов с постоянными магнитами и применением специальных требований к коммутации статорных обмоток.Кроме того, предполагается, что статор представляет собой щелевой статор.Плотность потока воздушного зазора ограничена насыщением сердечника статора.В частности, пиковая плотность магнитного потока ограничена шириной зубьев шестерни, а задняя часть статора определяет максимальный общий магнитный поток.
Кроме того, допустимый уровень насыщения зависит от приложения.Обычно высокоэффективные двигатели имеют более низкую плотность потока, тогда как двигатели, рассчитанные на максимальную плотность крутящего момента, имеют более высокую плотность потока.Пиковая плотность потока в воздушном зазоре обычно находится в диапазоне 0,7–1,1 Тесла.Следует отметить, что это общая плотность потока, т.е. сумма потоков ротора и статора.Это означает, что если сила реакции якоря мала, это означает, что момент выравнивания высок.
Однако для достижения большого вклада реактивного крутящего момента сила реакции статора должна быть большой.Параметры машины показывают, что для получения выравнивающего момента в основном требуются большие m и малая индуктивность L.Обычно это подходит для работы на скорости ниже базовой, поскольку высокая индуктивность снижает коэффициент мощности.
Материал постоянного магнита:
Магниты играют важную роль во многих устройствах, поэтому улучшение характеристик этих материалов очень важно, и в настоящее время внимание сосредоточено на материалах на основе редкоземельных элементов и переходных металлов, которые позволяют получить постоянные магниты с высокими магнитными свойствами.В зависимости от технологии магниты имеют разные магнитные и механические свойства и проявляют различную коррозионную стойкость.
Магниты NdFeB (Nd2Fe14B) и самарий-кобальт (Sm1Co5 и Sm2Co17) являются наиболее совершенными коммерческими материалами для постоянных магнитов, доступными сегодня.В каждом классе редкоземельных магнитов имеется большое разнообразие марок.Магниты NdFeB поступили в продажу в начале 1980-х годов.Сегодня они широко используются во многих различных приложениях.Стоимость этого магнитного материала (на энергетический продукт) сопоставима со стоимостью ферритовых магнитов, а в расчете на килограмм магниты NdFeB стоят примерно в 10–20 раз дороже, чем ферритовые магниты.
Некоторыми важными свойствами, используемыми для сравнения постоянных магнитов, являются: остаточная намагниченность (Mr), которая измеряет силу магнитного поля постоянного магнита, коэрцитивная сила (Hcj), способность материала сопротивляться размагничиванию, энергетическое произведение (BHmax), плотность магнитной энергии. ;Температура Кюри (TC), температура, при которой материал теряет магнетизм.Неодимовые магниты имеют более высокую остаточную намагниченность, более высокую коэрцитивную силу и энергетическое произведение, но, как правило, относятся к типу с более низкой температурой Кюри. Неодим работает с тербием и диспрозием, чтобы сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах.
Конструкция синхронного двигателя с постоянными магнитами
В конструкции синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) конструкция ротора с постоянными магнитами основана на корпусе статора трехфазного асинхронного двигателя без изменения геометрии статора и обмоток.Технические характеристики и геометрия включают в себя: скорость двигателя, частоту, количество полюсов, длину статора, внутренний и внешний диаметры, количество пазов ротора.Конструкция СДСМ учитывает потери в меди, обратную ЭДС, потери в железе, а также собственную и взаимную индуктивность, магнитный поток, сопротивление статора и т. д.
Расчет самоиндукции и взаимной индуктивности:
Индуктивность L можно определить как отношение потокосцепления к току, создающему поток I, в Генри (Г), равному Веберу на ампер.Индуктор — это устройство, используемое для хранения энергии в магнитном поле, аналогично тому, как конденсатор сохраняет энергию в электрическом поле.Индукторы обычно состоят из катушек, обычно намотанных на ферритовый или ферромагнитный сердечник, и значение их индуктивности связано только с физической структурой проводника и проницаемостью материала, через который проходит магнитный поток.
Действия по нахождению индуктивности следующие:1. Предположим, в проводнике протекает ток I.2. Используйте закон Био-Савара или закон петли Ампера (если имеется), чтобы определить, что B достаточно симметричен.3. Рассчитайте общий поток, соединяющий все цепи.4. Умножьте общий магнитный поток на количество витков, чтобы получить потокосцепление, и выполните расчет синхронного двигателя с постоянными магнитами, оценив необходимые параметры.
Исследование показало, что конструкция с использованием NdFeB в качестве материала ротора с постоянными магнитами переменного тока увеличила магнитный поток, генерируемый в воздушном зазоре, что привело к уменьшению внутреннего радиуса статора, в то время как внутренний радиус статора с использованием самария-кобальтового постоянного магнита Материал магнитного ротора был больше.Результаты показывают, что эффективные потери меди в NdFeB снижаются на 8,124%.Для самария-кобальта как материала постоянного магнита магнитный поток будет синусоидальным.Как правило, при проектировании и изготовлении синхронных двигателей с постоянными магнитами необходимо учитывать конструкцию как статора, так и ротора, чтобы получить высокопроизводительный двигатель.
в заключение
Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) — это синхронный двигатель, в котором для намагничивания используются материалы с высоким содержанием магнитов, который отличается высокой эффективностью, простой конструкцией и удобством управления.Этот синхронный двигатель с постоянными магнитами находит применение в тяговой, автомобильной, робототехнике и аэрокосмической технике.Плотность мощности синхронных двигателей с постоянными магнитами выше, чем у асинхронных двигателей той же мощности, поскольку в статоре нет мощности, предназначенной для создания магнитного поля..
В настоящее время конструкция СДСМ требует не только большей мощности, но и меньшей массы и меньшего момента инерции.
Время публикации: 01 июля 2022 г.