Ze względu na swoją zwartość i wysoką gęstość momentu obrotowego, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach przemysłowych, szczególnie w wysokowydajnych układach napędowych, takich jak układy napędowe łodzi podwodnych.Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi nie wymagają stosowania pierścieni ślizgowych do wzbudzenia, co ogranicza konserwację wirnika i straty.Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są bardzo wydajne i nadają się do wysokowydajnych układów napędowych, takich jak obrabiarki CNC, robotyka i zautomatyzowane systemy produkcyjne w przemyśle.
Ogólnie rzecz biorąc, projekt i konstrukcja silników synchronicznych z magnesami trwałymi musi uwzględniać zarówno konstrukcję stojana, jak i wirnika, aby uzyskać silnik o wysokiej wydajności.
Budowa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
Gęstość strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej:Określane zgodnie z konstrukcją silników asynchronicznych itp., konstrukcją wirników z magnesami trwałymi i zastosowaniem specjalnych wymagań dotyczących przełączania uzwojeń stojana.Ponadto zakłada się, że stojan jest stojanem szczelinowym.Gęstość strumienia szczeliny powietrznej jest ograniczona przez nasycenie rdzenia stojana.W szczególności szczytowa gęstość strumienia jest ograniczona szerokością zębów koła zębatego, podczas gdy tylna część stojana określa maksymalny całkowity strumień.
Ponadto dopuszczalny poziom nasycenia zależy od zastosowania.Zazwyczaj silniki o wysokiej sprawności mają niższą gęstość strumienia, podczas gdy silniki zaprojektowane z myślą o maksymalnej gęstości momentu obrotowego mają wyższą gęstość strumienia.Szczytowa gęstość strumienia szczeliny powietrznej mieści się zwykle w zakresie 0,7–1,1 Tesli.Należy zaznaczyć, że jest to całkowita gęstość strumienia, czyli suma strumieni wirnika i stojana.Oznacza to, że jeśli siła reakcji twornika jest niska, oznacza to, że moment wyrównania jest wysoki.
Aby jednak uzyskać duży wkład momentu reluktancyjnego, siła reakcji stojana musi być duża.Parametry maszyny pokazują, że do uzyskania momentu obrotowego wymagane są głównie duże m i mała indukcyjność L.Jest to zwykle odpowiednie do pracy poniżej prędkości podstawowej, ponieważ wysoka indukcyjność zmniejsza współczynnik mocy.
Materiał magnesu trwałego:
Magnesy odgrywają ważną rolę w wielu urządzeniach, dlatego bardzo ważna jest poprawa wydajności tych materiałów, a obecnie uwaga skupia się na materiałach na bazie metali ziem rzadkich i metali przejściowych, dzięki którym można uzyskać magnesy trwałe o wysokich właściwościach magnetycznych.W zależności od technologii magnesy mają różne właściwości magnetyczne i mechaniczne oraz wykazują różną odporność na korozję.
Magnesy NdFeB (Nd2Fe14B) i samarowo-kobaltowe (Sm1Co5 i Sm2Co17) to najbardziej zaawansowane dostępne obecnie na rynku komercyjne materiały na magnesy trwałe.W każdej klasie magnesów ziem rzadkich istnieje szeroka gama gatunków.Magnesy NdFeB wprowadzono na rynek we wczesnych latach 80-tych.Są one dziś szeroko stosowane w wielu różnych zastosowaniach.Koszt tego materiału magnetycznego (w przeliczeniu na produkt energetyczny) jest porównywalny z kosztem magnesów ferrytowych, a w przeliczeniu na kilogram magnesy NdFeB kosztują około 10–20 razy więcej niż magnesy ferrytowe.
Niektóre ważne właściwości używane do porównywania magnesów trwałych to: remanencja (Mr), która mierzy siłę pola magnetycznego magnesu trwałego, siła koercji (Hcj), odporność materiału na rozmagnesowanie, produkt energetyczny (BHmax), gęstość energia magnetyczna ;Temperatura Curie (TC), temperatura, w której materiał traci swój magnetyzm.Magnesy neodymowe mają wyższą remanencję, wyższą koercję i produkt energetyczny, ale generalnie należą do typu o niższej temperaturze Curie. Neodym współpracuje z terbem i dysprozem, aby zachować swoje właściwości magnetyczne w wysokich temperaturach.
Konstrukcja silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
W konstrukcji silnika synchronicznego z magnesami trwałymi (PMSM) konstrukcja wirnika z magnesami trwałymi opiera się na ramie stojana trójfazowego silnika indukcyjnego bez zmiany geometrii stojana i uzwojeń.Dane techniczne i geometria obejmują: prędkość silnika, częstotliwość, liczbę biegunów, długość stojana, średnicę wewnętrzną i zewnętrzną, liczbę szczelin wirnika.Konstrukcja PMSM obejmuje utratę miedzi, wsteczne pole elektromagnetyczne, utratę żelaza oraz indukcyjność własną i wzajemną, strumień magnetyczny, rezystancję stojana itp.
Obliczanie indukcyjności własnej i indukcyjności wzajemnej:
Indukcyjność L można zdefiniować jako stosunek połączenia strumienia do prądu wytwarzającego strumień I, w Henrys (H), równy Weberowi na amper.Cewka indukcyjna to urządzenie służące do magazynowania energii w polu magnetycznym, podobnie jak kondensator przechowuje energię w polu elektrycznym.Cewki indukcyjne składają się zwykle z cewek, zwykle nawiniętych wokół rdzenia ferrytowego lub ferromagnetycznego, a wartość ich indukcyjności jest związana jedynie z fizyczną strukturą przewodnika i przepuszczalnością materiału, przez który przechodzi strumień magnetyczny.
Aby znaleźć indukcyjność, wykonaj następujące czynności:1. Załóżmy, że w przewodniku płynie prąd I.2. Skorzystaj z prawa Biota-Savarta lub prawa pętli Ampere'a (jeśli są dostępne), aby ustalić, czy B jest wystarczająco symetryczny.3. Oblicz całkowity strumień łączący wszystkie obwody.4. Pomnóż całkowity strumień magnetyczny przez liczbę pętli, aby otrzymać połączenie strumienia, a następnie zaprojektuj silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, oceniając wymagane parametry.
Badanie wykazało, że projekt wykorzystania NdFeB jako materiału wirnika z magnesami trwałymi prądu przemiennego zwiększył strumień magnetyczny generowany w szczelinie powietrznej, co spowodowało zmniejszenie wewnętrznego promienia stojana, podczas gdy wewnętrzny promień stojana wykorzystujący trwały samar-kobalt materiał wirnika magnetycznego był większy.Wyniki pokazują, że efektywna utrata miedzi w NdFeB jest zmniejszona o 8,124%.W przypadku samaru-kobaltu jako materiału magnesu trwałego strumień magnetyczny będzie miał charakter sinusoidalny.Ogólnie rzecz biorąc, projekt i konstrukcja silników synchronicznych z magnesami trwałymi musi uwzględniać zarówno konstrukcję stojana, jak i wirnika, aby uzyskać silnik o wysokiej wydajności.
podsumowując
Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) to silnik synchroniczny, który wykorzystuje do namagnesowania materiały o wysokiej zawartości magnetycznej i charakteryzuje się wysoką wydajnością, prostą konstrukcją i łatwością sterowania.Ten silnik synchroniczny z magnesami trwałymi ma zastosowanie w trakcji, motoryzacji, robotyce i technologii lotniczej.Gęstość mocy silników synchronicznych z magnesami trwałymi jest wyższa niż silników indukcyjnych o tej samej wartości znamionowej, ponieważ nie ma mocy stojana przeznaczonej do generowania pola magnetycznego..
Obecnie konstrukcja PMSM wymaga nie tylko większej mocy, ale także mniejszej masy i mniejszego momentu bezwładności.
Czas publikacji: 01 lipca 2022 r