محرك كهربائي مغناطيسي دائم بدون فرش منخفض الضوضاء محرك كهربائي PMAC

ما التطبيقات التي تستخدم محركات PMSM؟

‍

تشمل الصناعات التي تستخدم محركات PMSM الصناعات المعدنية والسيراميك والمطاط والبترول والمنسوجات وغيرها الكثير.يمكن تصميم محركات PMSM للعمل بسرعة متزامنة من مصدر جهد وتردد ثابتين وكذلك تطبيقات محرك متغير السرعة (VSD).نظرًا للكفاءة العالية وكثافة القوة وعزم الدوران ، فهي عمومًا خيارًا ممتازًا في تطبيقات عزم الدوران العالي مثل الخلاطات والمطاحن والمضخات والمراوح والمنافخ والناقلات والتطبيقات الصناعية حيث توجد محركات الحث التقليدية.

مزايا محركات المغناطيس الدائم النادرة الأرضية

كفاءة عالية: ينخفض ​​منحنى الكفاءة للمحرك غير المتزامن بشكل عام بشكل أسرع تحت 60٪ من الحمل المقدر ، وتكون الكفاءة منخفضة جدًا عند التحميل الخفيف.منحنى الكفاءة لمحرك المغناطيس الدائم الأرضي النادر مرتفع ومسطح ، ويقع في منطقة عالية الكفاءة عند 20٪ ~ 120٪ من الحمل المقنن.

عامل القدرة العالية: القيمة المقاسة لعامل القدرة للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم الأرضي النادر قريبة من القيمة الحدية 1.0.منحنى عامل القدرة مرتفع ومسطح مثل منحنى الكفاءة.عامل الطاقة مرتفع.تعويض القدرة التفاعلية للجهد المنخفض غير مطلوب وقدرة نظام توزيع الطاقة مستخدمة بالكامل.

تيار الجزء الثابت صغير: لا يحتوي الجزء المتحرك على تيار إثارة ، ويتم تقليل القدرة التفاعلية ، ويتم تقليل تيار الجزء الثابت بشكل كبير.بالمقارنة مع المحرك غير المتزامن بنفس السعة ، يمكن تقليل قيمة التيار الثابت بنسبة 30٪ إلى 50٪.في الوقت نفسه ، نظرًا لتقليل تيار الجزء الثابت بشكل كبير ، يتم تقليل ارتفاع درجة حرارة المحرك ، ويتم تمديد شحم المحمل وعمر المحمل.

عزم دوران عالٍ خارج الخطوة وعزم دوران سحب: محركات متزامنة بمغناطيس دائم نادر لها عزم دوران أعلى وعزم سحب أعلى ، مما يجعل المحرك يتمتع بقدرة تحميل أعلى ويمكن سحبه بسلاسة في التزامن.

عيوب محركات المغناطيس الدائم النادرة الأرضية

التكلفة العالية: بالمقارنة مع المحرك غير المتزامن من نفس المواصفات ، تكون فجوة الهواء بين الجزء الثابت والدوار أصغر ، ودقة معالجة كل مكون عالية ؛هيكل الدوار أكثر تعقيدًا وسعر المواد الفولاذية المغناطيسية الأرضية النادرة مرتفع ؛لذلك ، فإن تكلفة تصنيع المحرك عالية ، وهو أمر شائع بالنسبة للمحركات غير المتزامنة حوالي مرتين.

تأثير كبير عند بدء تشغيل الطاقة الكاملة: عند البدء بالضغط الكامل ، يمكن سحب سرعة التواقت في وقت قصير جدًا.الصدمة الميكانيكية كبيرة.تيار البدء هو أكثر من 10 أضعاف التيار المقدر.التأثير على نظام إمداد الطاقة كبير ، ويتطلب سعة كبيرة لنظام إمداد الطاقة.

من السهل إزالة المغناطيس من الفولاذ ذي الأرض النادرة: عندما تتعرض مادة المغناطيس الدائم للاهتزاز ودرجة الحرارة المرتفعة والتيار الزائد ، قد تنخفض نفاذية المغناطيس أو تحدث ظاهرة إزالة المغناطيسية ، مما يقلل من أداء محرك المغناطيس الدائم.

الهياكل الحركية PM
يمكن تقسيم هياكل محرك PM إلى فئتين: الداخلية والسطح.كل فئة لها مجموعة فرعية من الفئات.يمكن أن يكون لمحرك PM السطحي مغناطيسه أو إدخاله في سطح الدوار ، لزيادة متانة التصميم.يمكن أن يختلف تصميم وتصميم محرك المغناطيس الدائم الداخلي على نطاق واسع.يمكن إدخال مغناطيسات محرك IPM ككتلة كبيرة أو متداخلة لأنها تقترب من القلب.طريقة أخرى هي جعلهم مدمجين في نمط مكبّر.

تغير محاثة محرك PM مع الحمل
فقط الكثير من التدفق يمكن ربطه بقطعة من الحديد لتوليد عزم الدوران.في النهاية ، سوف يتشبع الحديد ولن يسمح بعد الآن بربط التدفق.والنتيجة هي انخفاض في محاثة المسار الذي يسلكه مجال التدفق.في آلة PM ، ستقل قيم محاثة المحور d والمحور q مع زيادة تيار الحمل.

المحاثة d و q لمحرك SPM متطابقة تقريبًا.نظرًا لأن المغناطيس خارج الجزء المتحرك ، فإن محاثة المحور q ستنخفض بنفس معدل محاثة المحور d.ومع ذلك ، فإن محاثة محرك IPM ستقل بشكل مختلف.مرة أخرى ، يكون محاثة المحور d أقل بشكل طبيعي لأن المغناطيس في مسار التدفق ولا يولد خاصية استقرائية.لذلك ، يوجد قدر أقل من الحديد للتشبع في المحور d ، مما يؤدي إلى انخفاض أقل بكثير في التدفق فيما يتعلق بالمحور q.

إضعاف / تكثيف الجريان لمحركات الجسيمات الدقيقة
يتم إنشاء التدفق في محرك مغناطيسي دائم بواسطة المغناطيس.يتبع مجال التدفق مسارًا معينًا يمكن تعزيزه أو معارضته.سيسمح تعزيز مجال التدفق أو تكثيفه للمحرك بزيادة إنتاج عزم الدوران مؤقتًا.ستؤدي معارضة مجال التدفق إلى إبطال المجال المغناطيسي الحالي للمحرك.سيحد مجال المغناطيس المنخفض من إنتاج عزم الدوران ، ولكنه يقلل من جهد التيار الكهربي الخلفي.يعمل الجهد الكهربي الخلفي المنخفض على تحرير الجهد لدفع المحرك للعمل بسرعات خرج أعلى.يتطلب كلا النوعين من العمليات تيارًا إضافيًا للمحرك.يحدد اتجاه تيار المحرك عبر المحور d ، الذي توفره وحدة التحكم في المحرك ، التأثير المطلوب.

IPM مقابل SPM

يمكن فصل محرك مغناطيسي دائم (يسمى أيضًا PM) إلى فئتين رئيسيتين: المغناطيس الدائم الداخلي (IPM) والمغناطيس الدائم للسطح (SPM).يولد كلا النوعين تدفقًا مغناطيسيًا بواسطة مغناطيس دائم مثبت على الدوار أو بداخله.

SPM

سطح مغناطيسي دائم

نوع من المحركات يتم فيه توصيل مغناطيس دائم بمحيط الدوار.

تحتوي محركات SPM على مغناطيس مثبت على السطح الخارجي لسطح الدوار ، وتكون قوتها الميكانيكية أضعف من قوة IPM.تحد القوة الميكانيكية الضعيفة من السرعة الميكانيكية الآمنة القصوى للمحرك.بالإضافة إلى ذلك ، تعرض هذه المحركات بروز مغناطيسي محدود للغاية (Ld ≈ Lq).قيم المحاثة المقاسة عند أطراف الدوار متسقة بغض النظر عن موضع العضو الدوار.بسبب نسبة الملوحة القريبة من الوحدة ، تعتمد تصميمات محرك SPM بشكل كبير ، إن لم يكن بالكامل ، على مكون عزم الدوران المغناطيسي لإنتاج عزم الدوران.

IPM

مغناطيس داخلي دائم

نوع المحرك الذي يحتوي على دوار مضمن بمغناطيس دائم يسمى IPM.

تحتوي محركات IPM على مغناطيس دائم مدمج في الدوار نفسه.على عكس نظرائهم في SPM ، فإن موقع المغناطيس الدائم يجعل محركات IPM سليمة ميكانيكيًا للغاية ، ومناسبة للعمل بسرعات عالية جدًا.يتم تحديد هذه المحركات أيضًا من خلال نسبة الملوحة المغناطيسية العالية نسبيًا (Lq> Ld).نظرًا لبروزها المغناطيسي ، فإن محرك IPM لديه القدرة على توليد عزم الدوران من خلال الاستفادة من مكونات عزم الدوران المغناطيسية والمقاومة للمحرك.

معادلة EMF وعزم الدوران

في آلة متزامنة ، يُطلق على متوسط ​​EMF المستحث لكل مرحلة اسم المستحثات الديناميكية EMF في محرك متزامن ، ويكون التدفق المقطوع بواسطة كل موصل لكل ثورة هو Pϕ Weber

ثم الوقت المستغرق لإكمال ثورة واحدة هو 60 / نيوتن

يمكن حساب متوسط ​​EMF المستحث لكل موصل باستخدام

(PϕN / 60) × Zph = (PϕN / 60) × 2Tph

حيث Tph = Zph / 2

لذلك ، فإن متوسط ​​EMF لكل مرحلة هو ،

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

حيث Tph = لا.من المنعطفات متصلة في سلسلة لكل مرحلة

ϕ = التدفق / القطب في ويبر

P = لا.من أعمدة

F = التردد بالهرتز

Zph = لا.من الموصلات متصلة في سلسلة لكل مرحلة.= Zph / 3

تعتمد معادلة EMF على الملفات والموصلات الموجودة في الجزء الثابت.بالنسبة لهذا المحرك ، يؤخذ في الاعتبار أيضًا عامل التوزيع Kd وعامل الخطوة Kp.

ومن ثم ، E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

يتم إعطاء معادلة عزم الدوران لمحرك متزامن مغناطيسي دائم على النحو التالي ،

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / m

اتجاه التطور لمحركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة

تتطور محركات المغناطيس الدائم النادرة باتجاه طاقة عالية (سرعة عالية وعزم دوران مرتفع) ، ووظائف عالية وتصغير ، وتعمل باستمرار على توسيع أنواع المحركات الجديدة ومجالات التطبيق ، وآفاق التطبيق متفائلة للغاية.من أجل تلبية الاحتياجات ، لا تزال عملية تصميم وتصنيع محركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة بحاجة إلى الابتكار المستمر ، وسيكون الهيكل الكهرومغناطيسي أكثر تعقيدًا ، وسيكون هيكل الحساب أكثر دقة ، وستكون عملية التصنيع أكثر تقدمًا و ملائم.