محرك متغير التردد المتزامن AC 3 Phase PMSM

الاختلافات بين محرك المغناطيس الدائم والمحرك غير المتزامن

01. هيكل الدوار

المحرك غير المتزامن: يتكون الجزء المتحرك من قلب حديدي وملف ، يتكون بشكل أساسي من قفص السنجاب والدوارات ذات الجرح السلكي.الدوار القفص السنجابي مصبوب بقضبان من الألومنيوم.يحرك المجال المغناطيسي لقضيب الألومنيوم الذي يقطع الجزء الثابت الدوار.

محرك PMSM: المغناطيس الدائم مدمج في الأقطاب المغناطيسية الدوارة ، ويتم دفعه للدوران بواسطة المجال المغناطيسي الدوار المتولد في الجزء الثابت وفقًا لمبدأ الأقطاب المغناطيسية لنفس المرحلة التي تجذب التنافرات المختلفة.

02. الكفاءة

المحركات غير المتزامنة: تحتاج إلى امتصاص التيار من إثارة الشبكة ، مما يؤدي إلى قدر معين من فقدان الطاقة ، والتيار التفاعلي للمحرك ، وعامل القدرة المنخفض.

محرك PMSM: يتم توفير المجال المغناطيسي بواسطة مغناطيس دائم ، ولا يحتاج الدوار إلى تيار مثير ، ويتم تحسين كفاءة المحرك.

03. الحجم والوزن

إن استخدام مواد المغناطيس الدائم عالية الأداء يجعل المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أكبر من المحركات غير المتزامنة.يتم تقليل الحجم والوزن مقارنة بالمحركات غير المتزامنة.سيكون حجم إطار واحد أو اثنين أقل من المحركات غير المتزامنة.

04. تيار بدء تشغيل المحرك

محرك غير متزامن: يتم تشغيله مباشرة عن طريق كهرباء تردد الطاقة ، وتيار البدء كبير ، ويمكن أن يصل إلى 5 إلى 7 أضعاف التيار المقدر ، مما له تأثير كبير على شبكة الطاقة في لحظة.يؤدي تيار البدء الكبير إلى زيادة انخفاض جهد مقاومة التسرب لملف الجزء الثابت ، وعزم دوران البدء صغير بحيث لا يمكن تحقيق بدء التشغيل الشاق.حتى إذا تم استخدام العاكس ، فيمكن أن يبدأ فقط ضمن النطاق الحالي للإخراج المقدر.

محرك PMSM: يتم تشغيله بواسطة وحدة تحكم مخصصة ، والتي تفتقر إلى متطلبات الإخراج المقدرة للمخفض.تيار البدء الفعلي صغير ، والتيار يزداد تدريجيًا وفقًا للحمل ، وعزم دوران البداية كبير.

05. معامل القدرة

تحتوي المحركات غير المتزامنة على عامل طاقة منخفض ، ويجب أن تمتص كمية كبيرة من التيار التفاعلي من شبكة الطاقة ، وسيؤدي تيار البدء الكبير للمحركات غير المتزامنة إلى تأثير قصير المدى على شبكة الطاقة ، وسيؤدي الاستخدام طويل المدى إلى حدوث أضرار معينة لمعدات شبكة الطاقة والمحولات.من الضروري إضافة وحدات تعويض الطاقة وإجراء تعويض الطاقة التفاعلية لضمان جودة شبكة الطاقة وزيادة تكلفة استخدام المعدات.

لا يوجد تيار مستحث في دوار المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ، وعامل القدرة للمحرك مرتفع ، مما يحسن عامل الجودة لشبكة الطاقة ويلغي الحاجة إلى تثبيت المعوض.

06. الصيانة

المحرك غير المتزامن + هيكل المخفض سوف يولد الاهتزاز والحرارة ومعدل الفشل العالي واستهلاك زيوت التشحيم الكبير وتكلفة الصيانة اليدوية العالية ؛سوف يتسبب في خسائر معينة في وقت التوقف عن العمل.

المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ثلاثي الأطوار يقود المعدات مباشرة.نظرًا لاستبعاد المخفض ، تكون سرعة خرج المحرك منخفضة ، والضوضاء الميكانيكية منخفضة ، والاهتزاز الميكانيكي صغير ، ومعدل الفشل منخفض.يكاد يكون نظام القيادة بأكمله خاليًا من الصيانة.

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 ، يتم أيضًا مراعاة 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

تحتوي محركات التيار المتردد ذات المغناطيس الدائم (PMAC) على مجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك:

الآلات الصناعية: تُستخدم محركات PMAC في مجموعة متنوعة من تطبيقات الآلات الصناعية ، مثل المضخات والضواغط والمراوح وأدوات الآلات.إنها توفر كفاءة عالية وكثافة طاقة عالية وتحكم دقيق ، مما يجعلها مثالية لهذه التطبيقات.

الروبوتات: تُستخدم محركات PMAC في تطبيقات الروبوتات والأتمتة ، حيث توفر كثافة عزم دوران عالية وتحكمًا دقيقًا وكفاءة عالية.غالبًا ما تستخدم في الأذرع الروبوتية والمقابض وأنظمة التحكم في الحركة الأخرى.

أنظمة HVAC: تُستخدم محركات PMAC في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ، حيث توفر كفاءة عالية وتحكمًا دقيقًا ومستويات ضوضاء منخفضة.غالبًا ما تستخدم في المراوح والمضخات في هذه الأنظمة.

أنظمة الطاقة المتجددة: تُستخدم محركات PMAC في أنظمة الطاقة المتجددة ، مثل توربينات الرياح وأجهزة تعقب الطاقة الشمسية ، حيث توفر كفاءة عالية وكثافة طاقة عالية وتحكمًا دقيقًا.غالبًا ما يتم استخدامها في المولدات وأنظمة التتبع في هذه الأنظمة.

المعدات الطبية: تُستخدم محركات PMAC في المعدات الطبية ، مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ، حيث توفر كثافة عزم دوران عالية وتحكمًا دقيقًا ومستويات ضوضاء منخفضة.غالبًا ما تستخدم في المحركات التي تقود الأجزاء المتحركة في هذه الآلات.

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.

تتميز محركات SPM بمغناطيسات مثبتة على السطح الخارجي لسطح الدوار ، وتكون قوتها الميكانيكية أضعف من تلك الموجودة في 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.

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 المغناطيسي ، أو تحدث ظاهرة إزالة المغناطيسية ، مما يقلل من أداء محرك المغناطيس الدائم.

ما هي مدة حياة محرك المغناطيس الدائم الأرضي النادر؟هل ستضعف المغناطيسية بمرور الوقت؟

تتراوح مدة خدمة محرك المغناطيس الدائم بشكل عام من 15 إلى 20 عامًا ، ويعتمد عمر خدمة المحرك بشكل أساسي على صيانة المستخدم.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن جودة بيئة استخدام محرك المغناطيس الدائم ، والعوامل مثل الكهرباء والمغناطيسية والحرارة والاهتزاز والعوامل الأخرى التي يتلقاها المحرك أثناء الاستخدام ستؤثر على عمر محرك المغناطيس الدائم المتزامن!

المغناطيسات العامة لها عمر خدمة.عند استخدامها لعدد معين من السنوات ، تضعف المغناطيسية ، لكن الخصائص المغناطيسية لمواد المغناطيس الدائم NdFeB تتغير قليلاً بمرور الوقت ، والمغناطيسات الأرضية النادرة تكون ضمن عمر تصميم المحرك (10-20 سنة).

توهين الأداء المغناطيسي أقل من 3٪.في ظل تصميم المحرك الحالي وتكنولوجيا التحكم الإلكتروني ، فإن تأثيره ضئيل على الأداء العام للمحرك.