Двигатель на постоянных магнитах: Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Содержание

Статья о шаговых двигателях с постоянными магнитами

Шаговые двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты (рис. 1). Чередующиеся полюса ротора имеют прямолинейную форму и расположены параллельно оси двигателя. Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением.

Рис. 1. Двигатель с постоянными магнитами

Показанный на рисунке двигатель имеет 3 пары полюсов ротора и 2 пары полюсов статора. Двигатель имеет 2 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель, как и рассмотренный ранее двигатель с переменным магнитным сопротивлением, имеет величину шага 30 град.

При включени тока в одной из катушек, ротор стремится занять такое положение, когда разноименные полюса ротора и статора находятся друг напротив друга. Для осуществления непрерывного вращения нужно включать фазы попеременно. На практике двигатели с постоянными магнитами обычно имеют 48 – 24 шага на оборот (угол шага 7.5 – 15 град).

Рис. 2. Разрез шагового двигателя с постоянными магнитами

Для удешевления конструкции двигателя магнитопровод статора выполнен в виде штампованного стакана. Внутри находятся полюсные наконечники в виде ламелей . Обмотки фаз размещены на двух разных магнитопроводах, которые установлены друг на друге. Ротор представляет собой цилиндрический многополюсный постоянный магнит. Двигатели с постоянными магнитами подвержены влиянию обратной ЭДС со стороны ротора, котрая ограничивает максимальную скорость.

Для работы на высоких скоростях используются двигатели с переменным магнитным сопротивлением.

Двигатель на постоянных магнитах и его использование

Двигатель на постоянных магнитах – это попытка уменьшить вес и габаритные размеры электрической машины, упростить ее конструкцию, повысить надежность и простоту эксплуатации. Такой двигатель позволяет и значительно увеличить КПД (коэффициент полезного действия). Наибольшего распространения он получил в качестве синхронной машины. В данном устройстве постоянные магниты предназначены и применяются для создания вращающегося магнитного поля.

В настоящее время применяют комбинированный вариант: постоянные магниты вместе с электромагнитами, по катушке которых течет постоянный электрический ток. Такое комбинированное возбуждение обеспечивает множество положительных моментов: получение требуемых регулировочных характеристик напряжения и частоты вращения при уменьшении мощности возбуждения, уменьшение объема магнитной системы (и, как следствие, себестоимости такого устройства, как комбинированный двигатель на постоянных магнитах) по сравнению с классической системой электромагнитного возбуждения синхронной машины.

На сегодняшний день использование постоянных магнитов возможно в устройствах мощностью всего в несколько киловольт-ампер. Однако сейчас разрабатываются постоянные магниты с улучшенными характеристиками, и мощность машин постепенно возрастает.

Синхронная машина как двигатель на постоянных магнитах используется в качестве непосредственно двигателя или генератора в приводах различной мощности. Такие устройства нашли применение и распространение на шахтах, металлургических заводах, тепловых станциях. Так как синхронный двигатель работает с самой разной реактивной мощностью, его применяют в холодильниках, насосах и других механизмах с неизменной скоростью работы. Электродвигатель на постоянных магнитах используют в устройствах и приборах малой мощности, где нужно строгое и точное постоянство скорости. Это автоматические самопишущие приборы, электрочасы, устройства программного управления и прочее. На станциях и подстанциях установлены специальные синхронные генераторы, вырабатывающие в режиме холостого хода только реактивную мощность. Такая мощность используется для асинхронных двигателей, а синхронные машины такого типа называют «компенсаторами».

Принцип действия такой машины, как двигатель на постоянных магнитах, и, в частности, синхронного двигателя, основан на взаимодействии магнитного поля ротора (движущейся части) и статора (неподвижной части).

Благодаря интересным и еще не до конца изученным свойствам магнитов, часто появлялись и появляются изобретения на их основе. Например, одной из самых распространенных идей является создание такого устройства как безтопливный вечный двигатель на постоянных магнитах. С точки зрения современной науки и физики вечный двигатель невозможен (он должен был бы иметь коэффициент полезного действия больше единицы, а такое считается нереальным), но изобретатели в сфере альтернативной энергетики не теряют надежду на создание и разработку такого открытия.

EM: ТРЕХФАЗНАЯ СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ — ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

TRANSFLUID производит для своих гибридных модулей трехфазные синхронные электрические машины на постоянных магнитах (PMSM Permanent Magnet Synchronous Machine), оснащенные естественным конвекционным воздушным охлаждением.

Это решение обеспечивает высокую эффективность и простоту при ограниченных габаритах и весе.

Трехфазная электрическая машина на постоянных магнитах PMSM управляется контроллером (с частотным преобразователем), который обеспечивает работу электрической машины в качестве двигателя или генератора. Отличная интеграция гаммы электрических машин с контроллерами обеспечивает компактность всей системы, а также простое и эффективное управление на каждой стадии рабочего цикла.

Конструктивные характеристики электромоторов на постоянных магнитах оптимизированы для конкретного применения в гибридных системах скоростью до 3000 об./мин. Система имеет стандартное воздушное охлаждение, что облегчает ее установку на оборудовании и позволяет постепенно увеличивать мощность для достижения полного диапазона оборотов. Кривая крутящего момента, характерная для таких типов двигателя, на низкой скорости может в три раза превышать номинальное значение, что может оказаться очень полезным при пуске транспортного средства.

В диапазоне средней скорости примерно до 1500 об./мин обеспечиваемый крутящий момент может быть в два раза выше номинального значения в течение ограниченного времени. В морском секторе эта функция имеет важное значение для маневрирования на низкой скорости.


 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОПУЛЬСИЯ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ: TIER G

Электросиловая установка Tier G можно приобрести как отдельный компонент, но лучше приобрести полный комплект (блок управления с дисплеем, батареей, инвертором, электрической коробкой, педалью, кабелями CANbus, и т. д.), что делает его решением plug&play для модернизации существующего транспортного средства, судна и лодки или проектирования нового. Не стесняйтесь обращаться

к нам за дополнительной информацией и предложением для вашей новой силовой установки.
В дополнение к чисто электрическому двигателю, электросиловая установка Tier G объединяет диапазон электродвигателей Трансфлюид, используемых для гибридных решений, что дает возможность довести мощность до 200 кВт с помощью установки двух двигателей на гибридных модулях серии HM.

ОСНОВНЫЕ ЦЕЛЕВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ:

— высокая эффективность = энергосбережение
— более длительное время работы от батареи = больше км
— снижение затрат
— отсутствие вибрации + очень низкий уровень шума + нулевые выбросы = экологически чистый и приятный в использовании
— компактный размер и высокое соотношение мощности к весу
— очень гибкий профиль крутящего момента: для разных транспортных средств может потребоваться разная кривая крутящего момента

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ:

Непрерывная мощность 100 кВт (134 л.с.) и пиковая мощность 130 кВт (174 л.с.).
Технология постоянных магнитов: эффективность 97%. Электропитание: 384 В постоянного тока или 400 В переменного тока.

Выход SAE 4-10 (SAE J617-620) с выводом мощности SAE B.
Жидкое охлаждение ( гликоль или вода) — Индикаторы температуры и давления

ПРИЛОЖЕНИЯ:

Промышленный и внедорожный транспорт, GSE и т. д. Морские основные и вспомогательные движители

Асинхронный двигатель на постоянных магнитах

В воздушных винтовых компрессорах GA VSD + установлен асинхронный электродвигатель на постоянных магнитах, который имеет множество преимуществ. У этого электродвигателя высокий КПД, что гарантирует эффективное использование электроэнергии компрессором. Его класс энергоэффективности соответствует стандарту IE5, что говорит о его высоком качестве работы и относит к категории super premium. А высокий крутящий момент двигателя позволяет избежать его перегрузки при запуске винтового компрессора.

Возможность регулировать реактивную мощность

Асинхронный двигатель на постоянных магнитах винтовых компрессоров GA VSD+ дает возможность регулировать реактивную мощность в сети предприятия. Но что такое реактивная мощность? Это технические потери электроэнергии, вызывающие нагрев и избыточную нагрузку на сеть. И возможность регулировать эту мощность, то есть работать компенсатором реактивной мощности позволяет сократить нагрузку в сети предприятия и таким образом избежать энергозатрат. 

 

Не требуется воздух для охлаждения двигателя, следовательно, меньше двигатель вентилятора

Во время работы винтового компрессора нагрев электродвигателя неизбежен. Это вызывает необходимость в его охлаждении, с чем справляется вентилятор. Но двигатель вентилятора тоже потребляет энергию, что приводит к энергозатратам.

В воздушных винтовых компрессорах GA VSD+ этот вопрос решен иначе. Электродвигатель имеет масляное охлаждение, как и компрессор. Этот факт ведет к тому, что охлаждение двигателя воздухом не требуется, это означает, что у двигателя нет вентилятора, следовательно энергозатраты ниже.

 

Класс защиты IP66 (пыль и вода)

В любых условиях работы оборудование всегда подвержено попаданию пыли и влаги, что влечет за собой неисправности. Особенно остро этот вопрос касается движущихся частей машины, а именно электродвигателя, который приводит в движение винтовой элемент компрессора. Поэтому при выборе компрессоров нельзя упускать из внимания класс защиты электродвигателя.

В воздушных винтовых компрессорах GA VSD + установлен асинхронный двигатель на постоянных магнитах с классом защиты IP66. IP66 – это высокий показатель, который гарантирует полную пыленепроницаемость и надежную защиту от влаги, что исключает поломки и неисправности двигателя от пыли или воды.

 

Меньше конденсация влаги в масле

Конденсация влаги в масле промышленного компрессора является проблемой, внимание на которую не обращать просто нельзя. Этот фактор приводит масло в негодность и влечет за собой скорый выход системы подачи сжатого воздуха из строя.

Поскольку в новых винтовых компрессорах GA VSD + электродвигатель находится в отсеке с контролируемой температурой, конденсацию влаги в масле удалось значительно уменьшить. Это гарантирует надежную работу воздушного компрессора в течение долгого времени.  

 

Двигатель на постоянных магнитах расположен вертикально

Во время сжатия газа в винтовых компрессорах возникают радиальные и осевые газовые силы. Они вызывают значительные нагрузки на движущиеся элементы внутри машины (валы, подшипники) и от этого потери на их преодоление. Уникальное вертикальное расположение асинхронного двигателя на постоянных магнитах в промышленных винтовых воздушных компрессорах GA VSD+ позволяет за счет силы тяжести компенсировать направленные вертикально вверх газовые силы, возникающие при сжатии газа. Это позволяет уменьшить нагрузку на подшипники винтового элемента и продлить их срок службы.

Двигатель занимает меньше места на 60%

Расположение электродвигателей в обычных винтовых компрессорах в большинстве случаев горизонтальное. Этот факт зачастую определяет габариты машины, от которого нужно жестко отталкиваться.

В промышленных воздушных винтовых компрессорах GA VSD + электродвигатель имеет уникальное расположение внутри корпуса. Он установлен вертикально, что существенно снижает габаритные размеры, делая его компактнее.

 

Подшипник, который смазывается автоматически

Любое компрессорное оборудование нуждается в сервисном обслуживании для долгой и надежной работы. И одними из самых важных элементов при таком обслуживании являются подшипники, поскольку без них валы машины просто не смогут вращаться. Поэтому их нужно регулярно смазывать.

В винтовых компрессорах GA VSD+ двигатель имеет один подшипник, а благодаря масляному охлаждению двигателя он смазывается автоматически. Таким образом этот факт позволяет экономить время на сервисном обслуживанию и обеспечивает дополнительную защиту воздушного компрессора. 

 

Уменьшения элементов, требующих охлаждения

В винтовых компрессорах GA VSD+ электродвигатель имеет масляную рубашку охлаждения за счет чего количество элементов, требующих дополнительного охлаждения, значительно уменьшилась. Это позволило уменьшить двигатель вентилятора и сократить потребление электроэнергии.

 

Потребление энергии как у компрессоров с фиксированной скоростью вращения

Технология VSD+ винтовых компрессоров GA VSD+ позволяет регулировать скорость вращения электродвигателя, меняя нагрузку согласно потребности в сжатом воздухе. Но, кроме этого, благодаря двигателю GA VSD+ может работать и на максимальной нагрузке практически все время, потребляя при этом столько энергии сколько и обычные компрессоры с фиксированной скоростью вращения. Это говорит о том, что GA VSD+ ничего не теряет в своих характеристиках даже при максимальной загрузке.

 

Проверенная надежная конструкция, прошедшая испытания, которые включали тысячи часов наработки

Воздушные винтовые компрессоры GA VSD+ гарантируют надежное исполнение, поскольку перед выходом на рынок они прошли все проверки и испытания, включающие тысячи часов работы в самых сложных условиях эксплуатации.  

 

Синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе: управление (синус и/или трапеция)

Например, термин PMSM (СДПМ) может применяться для обозначения двигателя с постоянными магнитами на роторе, независимо от формы его ЭДС, но так же часто его применяют, подразумевая исключительно синусоидальную форму ЭДС двигателя.

Термин BLDC (БДПТ) может применяться для обозначения двигателя с постоянными магнитами на роторе и трапецеидальной ЭДС, а может вообще обозначать не двигатель, а некий мехатронный узел, включающий в себя:

  • двигатель с постоянными магнитами и трапецеидальной ЭДС
  • датчик положения ротора
  • управляемый по сигналам этого датчика полупроводниковый коммутатор.

Собственно этот мехатронный узел, который может, как и двигатель постоянного тока, управляться постоянным напряжением, и породил сам термин BLDC (БДПТ).

Ещё по отношению к синхронным двигателям с постоянными магнитами на роторе в отечественной литературе, можно встретить название «вентильный двигатель».

Попытки автора разобраться с этим термином быстро зашли в тупик, так как в различных источниках обнаружились явные противоречия.

Например, в книге Г.Б. Онищенко «Электрические двигатели» на стр. 47 «вентильным» называется двигатель соответствующий термину BLDC (БДПТ), что предполагает трапецеидальную ЭДС, и это понимаемо.

Но двигатели типа 5ДВМ сам производитель (ЧЭАЗ) называет «вентильными», хотя при этом утверждает, что они имеют синусоидальную ЭДС.

А вот «Википедия»: «Вентильный двигатель следует отличать от бесколлекторного двигателя постоянного тока (БДПТ), который имеет трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре…».

Ну…приехали…

Какой термин, какой форме ЭДС соответствует – непонятно.

А между тем, именно эта форма определяет выбор структуры системы управления двигателем.

Как человек, занимающийся этим управлением, хочу предложить:

  • во избежание путаницы забыть термин «вентильный двигатель»
  • термином БДПТ обозначать не двигатель, а исключительно описанный выше мехатронный узел (аналог двигателя постоянного тока)
  • делить синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе (СДПМ) по типу ЭДС на две группы:
    с синусоидальной ЭДС (далее, для краткости, — СДПМс)
    с трапецеидальной ЭДС (далее, для краткости, — СДПМт)

Управление

При управлении двигателями с синусоидальной ЭДС используется векторное регулирование (подробно описано в книжке по ссылке http://3v-services.com/books/978-5-97060-766-4/978-5-97060-766-4_SimInTech-01.pdf). С точки зрения возможностей и качества управления это наилучший вариант.

Однако и двигатели с трапецеидальной ЭДС в силу более простой конструкции статорных обмоток и возможности более простого управления применяются довольно часто.

Конструкция двигателей

Форма ЭДС определяется конструкцией двигателя.

Ротор синхронных двигателей представляет собой магнит с различным количеством пар полюсов.

На Рис 1. показаны возможные конструкции статорных обмоток. Обычно синусоидальной ЭДС соответствует «распределенная» намотка, а трапецеидальной «сосредоточенная».

Рис.1


Статорная обмотка двигателя с трапецеидальной ЭДС проще и технологичнее, за счёт этого цена такого двигателя несколько ниже.


Далее остановимся более подробно на двигателе с трапецеидальной ЭДС (СДПМт)

Двигатель с одной парой полюсов будет выглядеть в разрезе так, как показано на Рис.2.

Рис.2


На статоре СДПМт намотаны три обмотки (А, В, С), сдвинутые в пространстве на 120º. Каждая обмотка состоит из двух секций, включённых встречно. Таким образом, при протекании тока в обмотке она создаёт внутри двигателя два полюса (положительный и отрицательный), к которым и притягивается магнитный ротор. Поочередное изменение токов в обмотках переключает полюса обмоток и заставляет ротор двигаться вслед за полем. На этом и основан принцип работы двигателя.

Уравнения равновесия статорных обмоток двигателя
Уравнения равновесия статорных обмоток двигателя при его включении в «звезду» в неподвижных фазных координатах АВС имеют вид (1).

(1)

Здесь:

— фазные напряжения

— потокосцепления фазных обмоток

— токи фаз

— активное сопротивление фазной обмотки.


Поток в обмотке каждой фазы формируется из следующих составляющих:

  • поток, наводимый собственным током фазы
  • поток, наводимый магнитными полями других фазных обмоток
  • поток, наводимый в обмотке магнитами ротора.

Проиллюстрируем это системой (2):

(2)


Где:

— индуктивность фазных обмоток

— взаимные индуктивности обмоток

— потокосцепления, наводимые в обмотках магнитом ротора.

В общем случае все индуктивности системы (2) могут являться переменными функциями угла поворота поля .

В частном случае для неявнополюсного двигателя (при цилиндрическом роторе) индуктивности и взаимные индуктивности обмоток не зависят от угла.

Обозначив

— индуктивность фазной обмотки,

— взаимная индуктивность двух фазных обмоток,

и подставив выражения (2) в систему (1), получим выражение (3):

 (3)

Заметив, что производные по времени от потокосцеплений магнитов ротора


есть не что иное, как наводимая магнитами ротора в этих обмотках ЭДС, систему (3) можно переписать в виде (4).

 (4)


Теперь введем понятие единичной функции формы ЭДС.

Единичная функция формы ЭДС — это функция от угла поля (), имеющая единичную амплитуду и повторяющая по форме ЭДС. Для фаз А, В, С обозначим эти функции: 

Используя единичные функции формы, мгновенные ЭДС в фазах можно
представить выражением (5):
 (5)


Где:
 — амплитуда потокосцепления ротора и фазной обмотки
 — скорость вращения поля
 — скорость вращения ротора
 — число пар полюсов двигателя.


Зависимости единичных функций формы ЭДС обмоток СДПМт от угла
поворота поля представлены На Рис.3.

Рис. 3

Вывод формулы для расчёта электромагнитного момента СДПМт

Момент, создаваемый двигателем, является суммой моментов, создаваемых его обмотками.

Посмотрим на уравнение равновесия обмотки фазы А из системы (4).

Умножив обе его части на ток обмотки, получим уравнение для мгновенной электрической мощности обмотки:


Рассмотрим составляющие этой мощности:


 — реактивная мощность обмотки
 — активная мощность, рассеивающаяся в обмотке
 — мощность, создающая электромагнитный момент.


Если пренебречь потерями при переходе электрической мощности в механическую, то можно записать:

,

или:

 (6)

Где:

 — электромагнитный момент двигателя

 — угловая скорость вращения ротора.

Подставив в формулу (6) значения ЭДС из соотношений (5), получим формулу вычисления электромагнитного момента ротора (7).

 (7)

Коммутация обмоток СДПМт

В соответствии с формулой (7) момент СДПМт пропорционален сумме произведений фазных токов на функции формы соответствующих ЭДС.

Максимальное значение ЭДС обмотки соответствует плоским участкам трапеции ЭДС. Если бы нам удалось на этих участках угловой траектории сформировать в обмотках токи некоторой постоянной амплитуды, например, совпадающие по знаку со знаком ЭДС, то это позволило бы сформировать при этих токах максимальный постоянный положительный момент.

Для примера рассмотрим на Рис.3 участок угловой траектории от /6 до /2. На этом участке ЭДС в фазе А имеет максимально отрицательное значение, а в фазе В максимально положительное. Следовательно, для получения положительного момента на этом участке угловой траектории надо обеспечить в фазе А отрицательное, а в фазе В положительное значение тока. Для этого фазу А можно подключить на отрицательный, а фазу В на положительный полюса внешнего источника постоянного напряжения (Udc). При этом фаза С не используется (отключена от источника Udc).

Величина тока, протекающего через обмотки, будет в свою очередь определяться прикладываемым к обмоткам напряжением, величиной ЭДС и параметрами обмоток.

Если рассуждать таким образом, то можно составить таблицу коммутаций обмоток, обеспечивающих в зависимости от положения ротора момент нужного знака (Табл. 1).

Табл.1 Алгоритм коммутации

Обмотки трёхфазного двигателя можно коммутировать на внешний источник напряжения с помощью трехфазного мостового инвертора. Для этого состояние инвертора надо поставить в зависимость от положения ротора. Обычно это делается с помощью датчика положения ротора (ДПР). Этот датчик имеет три канала. Каждый канал выдает за один оборот двигателя импульс, соответствующий половине периода вращения, при этом импульсы в каналах сдвинуты на 120º.

Логическая обработка сигналов ДПР позволяет определить в каком из шести секторов в данный момент находится ротор.

Работа ДПР поясняется Табл. 2.


Возможная структура системы управления моментом СДПМт

Алгоритм, описанный в Табл.1, предполагает протекание одного и того же тока в двух фазах двигателя при единичном значении функции формы ЭДС в обмотках фаз. Поэтому выражение (7) можно переписать в виде (8).

(8)


Где:

— значение тока в фазах

 

То есть значение момента пропорционально величине тока в обмотках двигателя.

Вытекающая из формулы (8) структура системы управления моментом в приводе с СДПМт изображена на Рис.4.

 

 

Рис. 4

 

Данная структура позволяет получить нужный момент, формируя в обмотках двигателя ток необходимой амплитуды, при сохранении алгоритма коммутации (Табл.1).

Эта задача решается с помощью создания на базе трёхфазного мостового инвертора контура тока с ШИМ.

Регулятор тока (ПИ-рег.) формирует сигнал задания напряжения обмоток (U), которое затем реализуется инвертором с ШИМ в соответствии с алгоритмом коммутации (Табл.1).

В качестве сигнала обратной связи в контуре можно использовать  трёхфазно-выпрямленные сигналы датчиков тока фаз или сигнал датчика тока в звене постоянного тока инвертора ().

На основе рассмотренного канала управления моментом можно строить внешние контуры управления скоростью и положением.

Однако
Если бы токи в обмотках спадали до нуля и нарастали до нужного уровня  мгновенно, то  момент двигателя, определяемый их величиной, в установившемся режиме был бы постоянным. В действительности же реальные переходные процессы при коммутации обмоток приводят  к пульсациям момента. В зависимости от параметров обмоток, а также соотношения величин текущей ЭДС и напряжения звена постоянного тока эти пульсации могут быть различны по длительности, амплитуде и знаку.

Кроме этих коммутационных пульсаций в рассматриваемой системе также будут иметь место пульсации момента на частоте ШИМ.

Ниже приведен пример работы модели системы регулирования скорости. Данная модель построена в среде SimInTehc на элементах специализированного тулбокса «Электропривод». Среда позволяет получить максимальное приближение моделируемых процессов к реальности с учетом эффектов временной и уровневой дискретизации.

Часть модели, а именно — модель цифровой системы управления скоростью приведена ниже, на Рис.5. Регулятор скорости системы (Рег.W) выдаёт сигнал момента, который отрабатывается структурой построенной в соответствии с Рис.4.

Рис. 5

 

Для управления был выбран двигатель со следующими параметрами:

Rs=2.875 Ом — сопротивление обмотки фазы

Ls=8.5e-3 Гн – индуктивность фазы

F=0.175 Вб – потокосцепление ротора

Zp=4 —  число пар полюсов

Jr=0. 06 кг∙м2 — момент инерции ротора

Напряжение в звене постоянного тока привода было принято равным 100В.

В контуре тока электропривода использовалась ШИМ с частотой 5кГц.

В процессе регулирования  происходило ступенчатое увеличение частоты при постоянном моменте сопротивления на валу двигателя (10 Нм).

Графики, полученные в процессе работы модели, приведены на Рис.6.

Рис.6

На графике момента видны существенные пульсации.

Отметим, что в основном они связаны именно с переходными процессами при коммутации обмоток и имеют соответственно частоту ушестерённую по отношению к заданной.

Пульсации, связанные с ШИМ, в данном случае, невелики.

Заметим, что коммутационные пульсации существенно возрастают при увеличении момента, что связано с увеличением тока.

Несколько спасает то, что их влияние  на скорость снижает инерция.

А можно ли векторно управлять СДПМт?
Если очень хочется — то можно. Однако и здесь не без особенностей.

Математика и структура стандартной векторной системы управления исходит из синусоидальности поля в зазоре. При трапецеидальной ЭДС это условие нарушается, правда не очень сильно (трапеция это же почти синус).

 А результатом  этого «почти» будут опять же пульсации момента.

Вид модели цифровой системы векторного управления скоростью в среде SimInTech показан на Рис.7.

 

Рис.7

 

Ниже на Рис.8 показан график работы модели уже рассмотренного ранее СДПМт работающего в рассмотренном ранее  режиме, но под управлением векторной системы.

В графике момента мы опять наблюдаем пульсации (хотя по сравнению с предыдущим вариантом они несколько уменьшились).

Причины пульсации при векторном управлении и управлении по ДПР различны, но их частота та же – ушестерённая по отношению к заданной.

Заметим, что вследствие несинусоидальности ЭДС токи в обмотках двигателя также будут принципиально несинусоидальными (это действительно так, хотя в масштабе графика на Рис.8 и не слишком заметно).

 

Рис.8


А можно ли с помощью коммутации обмоток по ДПР управлять двигателем с синусоидальной ЭДС?


С точки зрения автора можно – но не нужно.


 

Наряду с коммутационными пульсациями момента синусоидальность ЭДС (отсутствие плоской вершины трапеции) в данном случае неминуемо вызовет ещё и дополнительные пульсации, снижающие качество регулирования даже по сравнению с управляемым по ДПР двигателем СДПМт.

А при векторном управлении двигателем с синусоидальной ЭДС пульсаций момента не будет.


Для подтверждения этого тезиса ниже (Рис.9) приведены графики работы модели двигателя с рассмотренными ранее параметрами, но с синусоидальной ЭДС и векторной системой управления скоростью.

Видно, что пульсации момента в этом случае практически отсутствуют. При правильной настройке регуляторов системы они связаны только с ШИМ-преобразованием и для данного случая почти не видны.

 

Рис.9

Итоги

Для синхронников с страпецеидальной ЭДС — коммутация по ДПР.

Так же возможно использование и более сложного векторного алгоритма регулирования, что может дать снижение уровня пульсации момента.

Для синхронников с синусоидальной ЭДС лучший вариант это векторное регулирование.

Это сочетание идеально для построения точного электропривода (что собственно и так было понятно).

 

 

Ю.Н. Калачёв

 

 

Список литературы

 

[1]   А. С. Пушкин «Полтава».

Электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов

Электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Применение постоянных магнитов в системе возбуждения электродвигателей обеспечивает существенную экономию активных материалов главным образом обмоточной меди. Электродвигатели малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов отличаются от электродвигателей с электромагнитным возбуждением тем, что у них отсутствует пакет статора с обмоткой возбуждения, вместо которой используются постоянные магниты, закрепляемые на корпусе пластинчатыми пружинами или приклеиваемые.  [c.284]
Расчет электродвигателей с постоянными магнитами. Расчет автомобильных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов предполагает выбор их главных размеров — диаметра расточки якоря D и его активной длины /я, проверку стабильности работы магнита, расчет выходных характеристик. Промежуточными этапами в этих расчетах являются расчеты обмотки якоря, магнитной цепи, потерь и КПД, выполняемые традиционными методами, характерными для расчета электрических машин. Размеры магнита и его марка выбираются с учетом данных табл. 10.3.  [c.297]

Технические данные основных типов электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов представлены в табл. 29, а с электромагнитным возбуждением в табл. 30.  [c.229]

По типу возбуждения электродвигатели делятся на электродвигатели с электромагнитным возбуждением и электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.125]

Основные технические данные электродвигателей с электромагнитным возбуждением сведены в табл, 7,2. Данные таблицы соответствуют температуре окружающей среды (25+10) °С, Электродвигатели с возбуждением от- постоянных магнитов постепенно вытесняют электродвигатели с электромагнитным возбуждением. Применение постоянных магнитов в системе возбуждения электродвигателей обеспечивает  [c.129]

Основные технические данные электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов при температуре окружающей среды (25 10) °С сведены в табл. 7.3, а технические параметры якорей — в табл. 7.4.  [c.130]

Перевод переключателя в положение 2 подводит электропитание к дополнительной щетке электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов или вводит в цепь параллельной обмотки электродвигателя с электромагнитным возбуждением резистор / д, что вызывает переход электродвигателей на высокую частоту вращения. Для остановки привода переключатель переводится в положение 0. Однако электродвигатель при этом сразу не останавливается, получая питание через размыкающий контакт концевого выключателя SQ. После укладки рычагов стеклоочистителя в крайнее положение концевой выключатель SQ срабатывает, разрывает свой размыкающий контакт, и электродвигатель отключается от сети питания. При этом в схеме рис. 7.4, а замыкается замыкающий выключатель SQ. Основные щетки электродвигателя оказываются соединенными накоротко. Возникает режим динамического торможения, ускоряющий останов двигателя.  [c.134]
В электростартере имеются электродвигатель, механизм привода с муфтой свободного хода и электромагнитное тяговое реле. При недостаточном передаточном числе редуктора привода (шестерня привода — зубчатый венец маховика) в стартер встраивают дополнительный редуктор. Масса стартера с редуктором меньше, чем у обычных стартеров на 30… 50%. В качестве стартерных используют электродвигатели постоянного тока с электромагнитным возбуждением (последовательное или смешанное) и с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.115]

Больщинство электроприводов агрегатов автомобиля имеют простую схему управления включением электродвигателя в бортовую сеть либо непосредственно выключателем, либо через контакты промежуточного реле. В двухскоростном приводе частота вращения вала изменяется с помощью резистора в цепи якоря, переключений в цепи обмотки возбуждения или подачи напряжения на третью щетку двигателя с возбуждением от постоянных магнитов. В сложных системах управления электроприводом применяют датчики, таймеры и т. п.  [c.291]

В двухскоростном электроприводе изменение частоты вращения вала электродвигателя достигается включением последовательно в цепь якоря резистора, а если конструкция двигателя это предусматривает, изменением числа включенных в цепь катушек обмоток возбуждения или подводом тока к третьей щетке двигателя с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.231]

Высокомоментный электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов изображен на рис. 3.9. Ротор 2 двигателя установлен в подшипниках качения, расположенных в крышках 1 и 10. Якорная обмотка 3 питается током через коллектор 5 и щеточный аппарат 6. В корпусе двигателя, выполненного в виде трубы, по всему периметру наклеены постоянные магниты 4. Якорь 8 тахогенератора посажен на ротор двигателя. Статор 7 тахогенератора может быть оснащен постоянными магнитами или обмоткой возбуждения. Редуктор 11 соединен с ротором двигателя гибкой муфтой 9.  [c.75]

Рис. 7.3. Электродвигатель 45.3730 с возбуждением от постоянных магнитов
Электродвигатель постоянного тока — с возбуждением от постоянных магнитов. Он расположен горизонтально в верхней части отопителя между двумя кожухами. На валу электродвигателя с обеих сторон закреплены рабочие колеса вентилятора роторного типа.  [c.178]

Насос омывателя ветрового стекла центробежного типа на валу электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.6]

В специальных счетно-решающих приборах применяются малогабаритные электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением от постоянных магнитов. Основным параметром, характеризующим работу таких двигателей, является число оборотов якоря в минуту.[c.375]

Основные технические данные моторедукторов при 7 =(25 10) °С приведены в табл. 10.5. Электродвигатели всех моторедукторов, за исключением особо отмеченных, имеют возбуждение от постоянных магнитов.  [c.290]

В приводах движения подачи станков с ЧПУ используют высокомоментные электродвигатели серии ПБВ с возбуждением обмотки от постоянных магнитов или двигатели постоянного тока серии 2П или ПБС с электромагнитным возбуждением обмотки. Электродвигатели применяют в сочетании с внутренними встроенными тахогенераторами, что обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей перемещения рабочих органов станка (суппортов, столов).  [c.330]

На рис. 7.4 представлены схемы управления двухскоростным стеклоочистителем с приводом от электродвигателя с постоянными магнитами (7.4, а) и с электромагнитным возбуждением (7.4, б).  [c.134]


Электродвигатели могут иметь алектромагиитное возбуждение и возбуждение от постоянных магнитов. Электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов более перспективны и постепенно вытесняют электродвигатели с электромагнитным возбуждением.  [c.281]

Электродвигатели с электромагнитным возбуждением в системе электропривода агрегатов автомобиля имеют последовательное, параллельное или смешанное,возбуждение. Реверсивные электродвигатели снабжены двумя обмотками возбуждения. Однако применение электродвигателей с электромагнитным возбуждением в настоящее время сокращается. Более широко распространены электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивные данные используемых в автомобильных электродвигателях постоянных ферробарие-вых магнитов приведены в табл. 28.  [c.227]

Электроприводы комплектные тиристор-вше синхронные серии ЭТС2. Электроприводы выполнены на базе синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов и тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью с сетью.  [c. 249]

Преобразование тока в датчике 2 (рис. 120) про1 с-ходит следующим образом. Постоянный ток от батареи аккумуляторов подается на коллектор 10, который вращается ведомым валиком 3, при этом постоянный ток преобразуется в переменный, частота которого изменяется в зависимости от числа оборотов коллектора 10. От преобразователя датчика импульсы переменного тока поступают в электродвигатель спидометра (рис. 121). Двигатель — трехфазный, синхронный, с возбуждением от постоянного магнита. Обмотки двигателей соединены по схеме звезда и создают вращающееся магнитное поле,  [c.175]

Наибольщее применение на автомобилях получили электродвигатели с электромагнитным возбуждением, значительно реже применяются с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.231]

Электрический стеклоочиститель (рис. 13.5, а) состоит из электродвигателя 9 постоянного тока параллельного или смещан-ного возбуждения (для привода стеклоочистителя на автомобилях ВАЗ используется двигатель с возбуждением от постоянных магнитов), червячного редуктора, рычажного механизма, одной или двух резиновых щеток 2 и выключателя или переключателя 11 (в двухскоростных конструкциях).[c.232]

Электродвигатели и моторедукторы ремонту не подлежат. Однако -. 1мену щеток, зачистку коллектора мелкозернистой шлифовальной шкуркой, замену шестерни редуктора при некотором навыке можно произвести 1.1Я этого электродвигатель или моторедуктор следует разобран. Р.1 (борку двигателя в большинстве случаев можно осуществить, отнсрим болты крепления задней крышки к корпусу у двигателей с возбуждением от постоянных магнитов или болты, стягивающие переднюю и заднюю крышки, у двигателей с электромагнитным возбуждением. После этого задняя крышка легко снимается.  [c.301]

Электродвигатель очистителя — с возбуждением от постоянных магнитов, трехщеточный, с двумя скоростями вращения. Малая скорость вращения обеспечивается подачей напряжения на оппозитно расположенные щетки, а большая скорость — подачей напряжения на щетку, смещенную с оси симметрии электродвигателя. Для защиты электродвигателя от перегрузок при примерзании п1еток к стеклу или больщом сопротивлении их движению а очиститель устанавливается термобиметаллический нредохрани-тель. У мотородукторов производства ВНР предохранитель установлен под крышкой редуктора на панели концевого выключателя, а у отечественных моторедукторов предохранитель вынесен на кронштейн привода очистителя.  [c.157]

Отопитель. Электродвигатель тип 45.3730, с возбуждением от постоянны магнитов. Схема его включения показа на на рис. 152. Для получения разны скоростей вращения служит допол нительный резистор 5. Он закреплер винтом с левой стороны кожуха ради атора отопителя. Резистор имеет дв( спирали — одну сопротивлением 0,2, Ом и вторую 0,82 Ом. При вклю чении в цепь питания электродвига теля обеих спиралей обеспечиваетс5  [c.160]

Система охлаждения двигателя. Для привода вентилятора системы охлаждения двигателя устанавливаются электродвигатели отечественного производства типа МЭ272 или югославского производства. Это электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Схема включения электродвигателя показана на рис. 153. Электродвигатель включается датчиком 2 с помощью вспомогательного реле, 5. Датчик завертывается в правый бачок радиатора. Температура амыкания контактов датчика (99 3) С, а размыкания (94 3) «»С.  [c.161]

Перемещение шпиндельной бабки (по оси У), стойки (по оси 2) и стола (по оси X ) обеспечивается одинаковыми высокомомент-ными электродвигателями М2—М4 с возбуждением от постоянных магнитов. Мощность каждого двигателя 2,8 кВт (при п = = 1000 мин ). Установленные электродвигатели позволяют без применения коробки подач получать по любой из координат рабочую подачу 1—2000 мм/мин и быстрые установочные перемещения со скоростью 8000 или 10 ООО мм/мин (последняя зависит от принятой системы ЧПУ).  [c.376]

Инструментальный магазин устроен следующим образом (рис. 19.21). Корпус 19 магазина с гнездами 20 для инструментальных оправок 21 размещен на верхнем торце стойки 2 станка и может поворачиваться относительно центральной оси. Сопряжение корпуса магазина с основанием происходит по направляющим 3—5, изготовленным из полимерного материала. Для поворота магазина служит высокомоментный электродвигатель 10 с возбуждением от постоянных магнитов. На валу двигателя на шпонке закреплено зубчатое колесо 12, входящее в зацепление с зубчатым венцом 18, привернутым к корпусу магазина. Угол поворота магазина задается с похмощью конечных выключателей, установленных на неподвижном кронштейне 13. Один из них (14) взаимодействует с упором 17, фиксирующим нулевое положение магазина, другой 15 служит для отсчета гнезд магазина. Напротив каждого гнезда имеется такой же упор 16, взаимодействующий с конечным выключателем 15 при повороте магазина. Для того чтобы гнездо после очередного поворота на заданный угол останавливалось точно в положении смены инструмента, предусмотрено фиксирующее устройство. На валу электродвигателя с помощью муфты закреплен диск 11с двумя полукруглыми  [c.376]


Системы электростартерного пуска автомобильных двигателей мало отличаются по структурной схеме (рис. 2.1). Источник энергии — стартерная свинцовая аккумуляторная батарея. В электростартерах используют электродвигатели постоянного тока с последовательным, смешанным возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор.  [c.12]

Высокомоментные электродвигатели (ВМЭД)—относительно тихоходные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Эти двигатели применяются в замкнутых системах ЧПУ. Структурная схема привода подач с ВМЭД показана на рис. 17.26. В приводе подач станков с ЧПУ применяют беззазорные редукторы, передающие вращение от двигателя к ходовому винту.  [c.370]

В отечественных сташсах различных типов наиболее широкое применение в настоящее время получил привод подачи с высоко-моментными электродвигателями постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, имеющий хорошие рехулировочные свойства, умеренные габаритные размеры, высокую постоянную времени нагрева, хорошее быстродействие.  [c.160]

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ВЕНТИЛЯТОРА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ. Для привода вентилятора охлаждения двигателя ЗМЗ 4062.10 используется электродвигатель GPB О 130 303 204 (BOS H), мощностью 180 Вт, а для двигателя ЗМ3402.10 электродвигатель 70.3730 мощностью 110 Вт. Электродвигатели коллекторные с возбуждением от постоянных магнитов.  [c.145]

Электродвигатели с параллельным возбуждением в автомобилях не используются, поэтому мы из здесь рассматривать не будем. Наряду с двигателями, имеющими электроическое возбуждение, в эксплуатации есть и двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие неплохие весовые показатели.  [c.75]

Высокомоментный электродвигатель — это электродвигатель постоянного тока, у которого вместо электромагнитного возбуждения используют возбуждение от постоянных магнитов. Высо-комоментные электродвигатели применяют в электроприводах подач станков с числовым программным управлением. Они позволяют получать большие крутящие моменты при непосредственном соединении с ходовым винтом без промежуточных передач. Благодаря наличию возбуждения от постоянных магнитов, эти двигатели выдерживают значительные перегрузки и отличаются высоким быстродействием, так как способны кратковременно развивать большой (50—20-кратный) крутящий момент при малых частотах вращения. Отсутствие обмотки возбуждения, нагревающейся при работе двигателя с электромагнитным возбуждением, обусловливает меньший нагрев двигателя с постоянными магнитами. Благодаря этому стало возможным увеличить силу тока якоря и развиваемый крутящий момент без увеличения габаритных размеров двигателя.  [c.74]

Пример (по П. И. Буловскому). Основным эксплуатационным показателем малогабаритного электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением от постоянных магнитов, характеризующим его работу, является частота вращения якоря.  [c.332]

Для привода вентилятора отопителя прим-еняется электродвигатель МЭ255 постоянного тока е возбуждением от постоянных магнитов. По конструкции он унифицирован с электродвигателем стеклоочистителя.[c.190]

Для электро- и солнцемобилей наибольщий интерес пред ляют электродвигатели с минимальными суммарными поте энергии, например бесколлекторные двигатели постоянного тс возбуждением от постоянных магнитов на основе редкоземел металлов. Однако во многих случаях при выборе двигателя пр дится искать компромисс между его характеристиками и стс стью.  [c.52]

Трехфазные преобразователи серии ПТ изготавляются мощностью от 70 до 6000 ВА. Преобразователи серии ПТ представляют собой двигатель-генера-торные агрегаты, состоящие из электродвигателя постоянного тока и расположенного с ним на одном валу трехфазного синхронного генератора. На корпусе преобразователя расположена коробка управления, предназначенная для дистанционного запуска преобразователя, стабилизации выходного напряжения и частоты (для преобразователей типа ПТ мощностью 500 ВА и более), уменьшения уровня радиопомех и отключения преобразователя при увеличении скорости вращения выше допустимой. Преобразователи типа ПТ мощностью до 200 ВА имеют возбуждение генератора от постоянных магнитов.  [c.335]

Например, создают электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением обмоток от постоянных магнитов, предназна-чае мый для получения вращающего момента М р на валу и вращательного движения с частотой вращения вала (мин ). М р и являются продукцией электродвигателя, а значения этих величин, ограниченные допусками, — показателями ее качества.  [c.37]


Все о двигателях с постоянными магнитами

Благодаря электрическому двигателю появилась возможность производить движение с помощью электричества. Они представляют собой разнообразный класс машин, которые обеспечивают мощность для ошеломляющего количества приложений и в настоящее время управляют автоматизацией, производством, коммерческими продуктами и многим другим. Универсальность этих двигателей обусловлена ​​​​многими доступными типами электродвигателей, и в этой статье будет рассмотрена многообещающая конструкция — двигатель с постоянными магнитами. Первоначально разработанный на ранней стадии, этот двигатель быстро становится достойной альтернативой отраслевым стандартам благодаря достижениям 21 века.Этот двигатель, принципы его работы и области применения будут рассмотрены в ходе этого обсуждения и будут показаны, почему этот двигатель привлек к себе столько внимания в последние годы.

Что такое двигатели с постоянными магнитами?

Двигатели с постоянными магнитами — это усовершенствованный двигатель, похожий по конструкции на асинхронные двигатели и серводвигатели (более подробную информацию об этих двух конструкциях можно найти в наших статьях об асинхронных двигателях и серводвигателях). Они состоят из статора — внешнего корпуса — и ротора — подвижного компонента, соединенного с выходным валом двигателя.Как и другие двигатели переменного тока, двигатель с постоянными магнитами использует физику электромагнетизма для создания крутящего момента, и они делают это с помощью постоянных магнитов (обычно редкоземельных магнитов), встроенных в их ротор. Эта конструкция отличается от большинства других электродвигателей, в которых ротор либо генерирует собственное магнитное поле за счет индукции, либо за счет использования источника питания постоянного тока, либо просто состоит из ферромагнитного металла. Магниты в двигателе с постоянными магнитами при правильном расположении по отношению к статору могут обеспечивать скорость, равную частоте тока возбуждения, и поэтому считаются синхронным двигателем (подробнее см. в нашей статье о синхронных двигателях).Эти двигатели должны быть соединены с электронным компонентом, который сглаживает крутящий момент этого двигателя, и именно поэтому эти машины только недавно достигли своего успеха в качестве жизнеспособной конструкции.

Как работают двигатели с постоянными магнитами?

Основные принципы работы двигателя с постоянными магнитами аналогичны большинству электродвигателей; внешний статор содержит обмотки катушек, питаемых от источника питания, а ротор свободно вращается за счет сил, передаваемых катушками статора. Многие из тех же основных принципов, что и для асинхронных двигателей, справедливы и для двигателей с постоянными магнитами, и дополнительную информацию можно найти в нашей статье об асинхронных двигателях.Это не означает, что они чисто машины переменного тока; фактически, на протяжении большей части своего срока службы они использовались как двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDCM) для небольших приложений. Тем не менее, мощность PMDCM довольно слабая, и в этой статье основное внимание будет уделено двигателям переменного тока с постоянными магнитами (PMACM), поскольку они имеют большие размеры, предлагают большую мощность и могут соответствовать асинхронным двигателям с точки зрения прочности. , эффективность и количество использований.

Определяющая особенность PMACM — постоянные магниты в их роторе — подвергаются воздействию вращающегося магнитного поля (RMF) обмоток статора и отталкиваются во вращательное движение.Это отличие от других роторов, где магнитная сила должна индуцироваться или генерироваться в корпусе ротора, что требует большего тока. Это означает, что PMACM, как правило, более эффективны, чем асинхронные двигатели, поскольку магнитное поле ротора является постоянным и не требует источника энергии для его генерации. Это также означает, что для работы им требуется частотно-регулируемый привод (VFD или привод с постоянными магнитами), который представляет собой систему управления, сглаживающую крутящий момент, создаваемый этими двигателями. Включая и выключая ток на обмотках статора на определенных этапах вращения ротора, привод ПМ одновременно регулирует момент и ток и использует эти данные для расчета положения ротора, а значит и скорости выхода вала.Это синхронные машины, так как скорость их вращения соответствует скорости RMF. Эти машины являются относительно новыми и все еще находятся в стадии оптимизации, поэтому конкретная работа любого PMACM на данный момент по существу уникальна для каждой конструкции.

Технические характеристики двигателей с постоянными магнитами

PMACM имеют номинальные характеристики, аналогичные асинхронным двигателям, и освежить в памяти основные характеристики, общие для этих двигателей, можно в наших статьях об асинхронных двигателях. Ниже приведены некоторые важные характеристики, характерные для PMACM, которые могут помочь разработчикам выбрать двигатель, подходящий для их работы.

Тип фазы

PMACM в большинстве случаев питаются от трехфазного переменного тока, предназначенного для создания быстрого RMF, что делает их типом трехфазного двигателя. Важно понимать фазу двигателя, поскольку однофазные двигатели по своей природе не запускаются самостоятельно, а трехфазные двигатели обычно имеют более высокие номинальные напряжения / крутящие моменты. Более подробную информацию можно найти в наших статьях об однофазных двигателях и типах пускателей.

Полюса и шестерня двигателя

Полюса двигателя — это просто магнитные точки север-юг на статоре и роторе.В PMACM эти полюса являются постоянными в роторе и переключаются в статоре для создания вращения. Может возникнуть явление, известное как заклинивание двигателя, когда постоянное преодоление притяжения и отталкивания постоянных магнитов вызывает нежелательные рывки во время вращения ротора. Заедание обычно происходит при запуске двигателя и может вызывать вибрации, шум и неравномерное вращение. Увеличение количества полюсов в PMACM помогает уменьшить эту проблему, а также эффект пульсаций крутящего момента (дополнительную информацию о пульсациях крутящего момента можно найти в нашей статье о реактивных двигателях).Поэтому PMACM обычно имеют больше полюсов, чем асинхронные двигатели, что позволяет предположить, что им требуется более высокая входная частота для достижения аналогичных скоростей вращения.

Заметность и замкнутая обратная связь

Для этих двигателей необходимо специальное оборудование системы управления, позволяющее им работать наиболее эффективно. В PMACM заметность — это разница индуктивностей на клеммах двигателя при вращении ротора. Эта разница может привести к смещению ротора и статора, что может привести к нежелательному заклиниванию/отказу.Обратная связь с обратной связью используется для решения этой проблемы путем отслеживания точного положения ротора с помощью датчиков, а затем изменения входного тока и скорости, чтобы обеспечить непрерывное вращение двигателя.

Температура Кюри

При определенных условиях постоянные магниты могут терять свой магнетизм. Это размагничивание происходит при температуре Кюри — характеристике магнитов, при которой после определенной температуры весь магнетизм теряется. Несмотря на то, что двигатели с постоянными магнитами, как правило, работают при более низкой температуре, чем другие конструкции, эта температура Кюри особенно важна, поскольку даже приближение к этому значению может привести к ухудшению характеристик PMACM.

Применение и критерии выбора

Так как эти двигатели все еще разрабатываются, трудно обеспечить надежный метод выбора. Полезнее выделить преимущества этих двигателей по сравнению с текущими конструкциями, а также их недостатки, которые могут стать причиной выбора другого, более обычного двигателя.

Наиболее привлекательным преимуществом PMACM является то, что они обладают более высокой эффективностью благодаря упрощенному ротору. Эта эффективность является исключительной при малых нагрузках по крутящему моменту и может сэкономить много киловатт-часов энергии в таких схемах. Эта экономия также увеличивается с размером двигателя, что позволяет PMACM конкурировать с обычными асинхронными двигателями в высокоскоростных приложениях с высоким крутящим моментом. Более высокая удельная мощность PMACM в сочетании с их высокоскоростными возможностями и эффективностью может дать асинхронным двигателям, таким как классические двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором, возможность работать за свои деньги. Они также, как правило, занимают меньшую площадь и отлично подходят для модернизации старых систем с помощью новых, меньших и более мощных PMACM. Несмотря на то, что они дороже асинхронных двигателей по первоначальной стоимости продукта, PMACM и их экономия энергии могут обеспечить полную окупаемость инвестиций чуть более чем за год.Они также синхронны, что позволяет им работать там, где не могут работать асинхронные двигатели. PMACM также меньше нагреваются, чем асинхронные двигатели, что увеличивает их надежность и срок службы.

Основным недостатком является также причина их успеха в качестве двигателя; для работы им требуется точное оборудование систем управления, и без него они бесполезны. Эти системы усложняют установку и эксплуатацию и могут увеличить первоначальные затраты на PMACM. Еще одна серьезная проблема, связанная с этими типами двигателей, — это потребность в редкоземельных магнитах (самарий, неодим и т. д.).), которые облагают налогом окружающую среду при добыче полезных ископаемых и демонстрируют неустойчивые рыночные цены. Таким образом, несмотря на то, что они энергоэффективны в использовании, их производство экологически вредно, и их цены могут колебаться в зависимости от постоянно меняющихся цен на рынках магнитов.

В настоящее время эти двигатели используются в электромобилях, модернизируемых устройствах, конвейерах, смесителях, измельчителях, насосах, вентиляторах, воздуходувках и устройствах, для которых также подходят асинхронные двигатели. Как объяснялось ранее, эти двигатели все еще находятся в стадии исследований и далеко не так распространены, как обычные конструкции.Тем не менее, по прошествии некоторого времени и дополнительных инженерных разработок двигатель с постоянными магнитами может обогнать рынок в качестве отраслевого стандарта для производства механической энергии.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое двигатели с постоянными магнитами и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.seventhwave.org/new-technologies/permanent-magnet-alternating-current-motors
  2. https://www.xcelenergy.com/staticfiles/xe-responsive/Programs%20and%20Rebates/Business/MN-Motors-PMAC-Information-Sheet.pdf
  3. https://michaelsenergy.com/briefs/permanent-magnet-ac-motors/
  4. https://www.mtecorp.com
  5. https://www.machinedesign.com/#menu
  6. https://geosci.uchicago.edu

Другие изделия для двигателей

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Двигатель ToshECO с постоянными магнитами (PM) | Двигатели Приводы

Javascript должен быть включен, чтобы использовать функцию загрузки этого сайта. Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере и обновите эту страницу.

Нужна цитата? Есть вопрос?

Сервисный локатор

Сервисный локатор

Где купить

Где купить

Где купить

Система привода Toshiba с двигателем с постоянными магнитами (PM) — это высокоэффективный двигатель и решение, идеально подходящее для максимальной экономии энергии.Технология двигателей с постоянными магнитами обеспечивает самый высокий КПД двигателя, удельную мощность, выходной крутящий момент и точность скорости на рынке. Двигатель Toshiba Tosh-ECO ® с постоянными магнитами в сочетании с современным приводом с регулируемой скоростью AS3 ® или S15 от Toshiba обеспечивает повышение эффективности в среднем на 7% по сравнению с системой привода с асинхронным двигателем.

Двигатель Tosh-ECO с постоянными магнитами обеспечивает большую экономию энергии по сравнению с асинхронными двигателями, особенно в условиях низкой скорости для приложений с постоянным крутящим моментом.Дополнительная экономия энергии до 9,5 % при постоянном крутящем моменте и до 12 % при нагрузке с переменным крутящим моментом может быть достигнута за счет использования системы привода двигателя с постоянными магнитами. (Результаты испытаний на основе системы моторного привода мощностью 7,5 кВт)

ПРИВОДНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

  • Постоянная выходная мощность в диапазоне ослабления поля для работы с переменным крутящим моментом
  • Условия превышения скорости
  • Точное регулирование скорости без энкодера
  • Полный крутящий момент во всем номинальном диапазоне скоростей
  • Подходит для заземления вала и защиты подшипников
  • Двунаправленные конструкции
  • Работает исключительно на ASD

Модель

кВт

Базовая скорость

Рама

ФЛТ

БДТ

Масса

PM1 0.55 3600 71М 1,49 260 5
PM2 0,55 1800 71М 2,92 260 5
PM3 0.75 4500 71М 1,59 260 5
PM4 0,75 3600 71М 1,99 260 5
ПМ5 0.75 1800 71М 3,98 260 6
PM6 1,1 4500 71М 2,31 260 5
PM7 1.1 3600 71М 2,94 260 6
PM8 1,1 1800 71М 5,95 260 7
ПМ9 1.5 4500 71М 2,98 260 6
PM10 1,5 3600 71М 3,98 260 6
PM11 1.5 1800 71М 7,96 260 7
PM12 1,5 1800 90л 7,98 260 11
PM13 2.2 4500 71М 4,98 260 7
PM14 2,2 4500 90л 4,95 260 11
PM15 2.2 3600 71М 5,96 260 7
PM16 2,2 3600 90л 5,96 260 11
PM17 2.2 1800 90л 11,9 260 13
PM18 3 4500 90л 6.11 260 11
PM19 3 3600 90л 7.98 260 13
PM20 3 1800 90л 15,9 260 15
PM21 4 4500 90л 8.49 260 13
PM22 4 3600 90л 10,9 260 15
PM23 4 1800 90л 21.1 260 18
PM24 4 1800 112М 21.1 260 24
PM25 5,5 4500 90л 12.1 260 15
PM26 5,5 3600 90л 14,9 260 17
PM27 5,5 3600 112М 14.9 260 24
PM28 5,5 1800 112М 29,1 260 27
PM29 7,5 3600 112М 19.9 260 27
PM30 7,5 1800 112М 39,9 260 32
PM31 11 3600 112М 29.1 260 32
PM32 11 1800 112М 58,1 260 35
PM33 11 1800 132М 58.1 260 54
PM34 15 3600 112М 39,8 260 35
PM35 15 3600 132М 39.9 260 54
PM36 15 1800 132М 79,6 260 61
PM37 18,5 3600 132М 49.1 260 61
PM38 18,5 1800 132М 98,1 260 68
PM39 22 3600 132М 58.1 260 68
PM40 30 3600 132М 79,9 260 75

типов двигателей | Renesas

Коллекторный двигатель постоянного тока

Поскольку этот тип двигателя приводится в действие источником постоянного тока, его также называют просто двигателем постоянного тока.Чтобы отличить его от синхронного двигателя с постоянными магнитами (бесщеточный двигатель постоянного тока), здесь мы будем называть его щеточным двигателем постоянного тока. Поскольку он сравнительно экономичен и прост в управлении, коллекторный двигатель постоянного тока используется для широкого спектра применений.

Коллекторный двигатель постоянного тока создает крутящий момент за счет механического переключения направления тока в соответствии с вращением с помощью коммутатора и щеток. Недостатки щеточного двигателя постоянного тока включают необходимость технического обслуживания из-за износа щеток и создания электрического и механического шума.Коэффициент заполнения ШИМ можно отрегулировать с помощью микроконтроллера и т. Д. Для изменения приложенного напряжения, что позволяет контролировать скорость вращения и положение.

Приложения

  • Игрушки
  • Электроинструмент
  • Автомобильные электронные компоненты

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (бесщеточный двигатель постоянного тока)

Уберите коллектор и щетки, которые являются недостатками коллекторного двигателя постоянного тока, и вы получите синхронный двигатель с постоянными магнитами (бесщеточный двигатель постоянного тока).

Благодаря отсутствию щеток бесщеточный двигатель постоянного тока имеет отличный срок службы устройства и малошумные характеристики. Кроме того, он может обеспечить высокую эффективность, поэтому он используется в широком спектре приложений, включая энергосберегающие бытовые приборы и промышленные приложения с длительным сроком службы.

Существует два основных типа конструкций, различающихся тем, как магнит установлен на роторе.

  • Поверхностный постоянный магнит (SPM): Этот тип имеет постоянный магнит, прикрепленный к внешней стороне ротора, и магнитная проницаемость постоянна во всех положениях.
  • Внутренний постоянный магнит (IPM): Этот тип имеет постоянный магнит, встроенный в ротор, и, поскольку магнитная проницаемость зависит от положения, можно использовать реактивный крутящий момент.

Поскольку нет структуры для механического переключения направления тока, это должно выполняться электронным способом с использованием схемы инвертора. При управлении схемой инвертора с помощью микроконтроллера и т. д. на статор подается трехфазное напряжение переменного тока, создавая вращающееся магнитное поле.

Управляющие сигналы можно разделить на следующие два основных типа.

  • Трапециевидный волновой привод: приводы с применением трапециевидного (прямоугольного) волнового напряжения.
  • Синусоидальный привод: приводы, использующие синусоидальное напряжение для подавления вибрации, шума и пульсаций крутящего момента, характерных для трапециевидного привода. Во многих случаях векторное управление (управление, ориентированное на поля) используется для линейно независимого управления крутящим моментом и фазой.Поскольку крутящий момент пропорционален току привода, благодаря добавлению датчиков положения и скорости возможно высокоскоростное и высокоточное управление положением и скоростью.

Для эффективного управления необходимо определять положение ротора (магнита). Датчики Холла, энкодеры и резольверы используются для определения положения. Из-за температурных ограничений датчиков и соображений стоимости бывают случаи, когда положение ротора (магнита) оценивается по трехфазному току или наведенному напряжению без использования датчиков (бессенсорная оценка положения).

В целом, промышленные системы в основном используют сенсорный метод, а системы бытовой техники используют безсенсорный метод оценки положения.

Приложения

  • Кондиционеры
  • Стиральные машины
  • Холодильники
  • Электроинструмент
  • Сервоприводы
  • Роботы
  • Компрессоры
  • Жесткие диски (HDD)
  • Автомобильные электронные компоненты

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой асинхронный двигатель, приводимый в действие трехфазным источником питания переменного тока.Вращающееся магнитное поле создается путем пропускания трехфазного переменного тока через статор, а индукционный ток создается в роторе за счет электромагнитной индукции. Это вращающееся магнитное поле и индуцированный ток создают электромагнитную силу, которая заставляет ротор вращаться. Поскольку магнитное поле должно двигаться относительно ротора, чтобы генерировать индуцированный ток, скорость вращения ротора всегда меньше синхронной скорости вращающегося магнитного поля.Разность между частотой вращающегося магнитного поля и частотой, эквивалентной скорости вращения, называется частотой скольжения. Создаваемый крутящий момент пропорционален частоте скольжения.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя проста и надежна. Поскольку его легко использовать для двигателей большой мощности и он имеет относительно хороший КПД, его часто используют в промышленных сегментах. Однако из-за вышеупомянутой частоты скольжения он не подходит для управления положением.

Во многих случаях трехфазный переменный ток, используемый на заводах и т. д., подается непосредственно на двигатель с постоянной скоростью. Для энергосберегающих приложений с регулируемой скоростью, которые ценят эффективность, двигатель может приводиться в действие инвертором для управления крутящим моментом и скоростью вращения.


Однофазный асинхронный двигатель

Однофазные асинхронные двигатели представляют собой тип асинхронных двигателей, которые, как следует из названия, работают от однофазного источника питания переменного тока.Поскольку самозапуск невозможен при однофазном переменном токе, двигатель нуждается в способе запуска.

Однофазные асинхронные двигатели можно разделить на следующие три основных типа в зависимости от способа их запуска.

  • Конденсатор: Конденсатор разделяет фазы для получения двухфазного переменного тока для получения пускового момента.
  • Разделенная фаза: пусковая катушка с низкой индуктивностью используется для получения пускового момента.
  • Заштрихованный полюс: Заштрихованный полюс создает наведенный ток, который используется для получения пускового крутящего момента.

Во многих случаях однофазный переменный ток, используемый в домах и т. д., подается непосредственно на двигатель с постоянной скоростью. Фазой переменного напряжения можно управлять с помощью симистора для управления скоростью вращения.

Приложения

  • Холодильники
  • Вентиляторы
  • Пылесосы
  • Компрессоры

Рекомендуемые аналоговые и силовые устройства


Шаговый двигатель

Шаговый двигатель ступенчато меняет положение ротора, переключая схему напряжения, подаваемого на обмотку статора.Поскольку количество переключений схемы напряжения и угол поворота схемы напряжения находятся в точной пропорции, положение можно контролировать без какой-либо обратной связи. Недостатки шагового двигателя включают небольшой крутящий момент, неспособность справиться с внезапными изменениями нагрузки и подверженность вибрации, которая снижает эффективность.

Шаговые двигатели

можно разделить на следующие три основных типа.

  • Переменное реактивное сопротивление (VR): также называется вентильным реактивным двигателем (двигатель SR).Это низкая стоимость, потому что нет магнита, но недостатком является низкая эффективность.
  • Постоянный магнит (PM): поскольку используется постоянный магнит, крутящий момент и эффективность относительно высоки. Кроме того, положение можно удерживать даже при отсутствии тока.
  • Hybrid (HB): сочетает в себе типы VR и PM для двигателя с хорошим разрешением и относительно крутящим моментом и эффективностью.

Существуют следующие четыре основных метода вождения.

  • Однофазное возбуждение: Приводы за счет подачи тока через любую однофазную обмотку по порядку.
  • Двухфазное возбуждение: Приводит в движение, пропуская ток через любую двухфазную обмотку по порядку.
  • Возбуждение от одной до двух фаз: сочетает однофазное и двухфазное возбуждение для управления с удвоенным углом шага.
  • Микрошаг: Управляет шагом с высоким разрешением за счет синусоидального изменения величины тока, подаваемого на каждую фазу.

Приложения

  • Оборудование для автоматизации делопроизводства
  • Камеры
  • Промышленное оборудование

Двигатели с постоянными магнитами | Системы ЭЦН Борец

Borets была первой компанией в мире, которая в 2006 году выпустила на рынок двигатель с постоянными магнитами (PMM) для внутрискважинных применений ЭЦН.С тех пор мы развернули более 14 500 PMM по всему миру, обслуживающих различные приложения ESP и PCP.

 

   

 

Наша конструкция двигателя с постоянными магнитами

Постоянные магниты – специально спроектированные и встроенные в ротор – создают постоянное магнитное поле ротора. Генерация магнитного поля ротора не потребляет электроэнергии. В результате ротор PMM практически не испытывает электрических потерь, более эффективен и имеет более высокую удельную мощность.Это означает синхронный PMM с широким рабочим диапазоном, который потребляет меньше энергии, выделяет меньше тепла и имеет меньшую длину, чем асинхронный двигатель того же номинала.

По сравнению с асинхронным двигателем эквивалентной мощности PMM снижают энергопотребление примерно на 7-10% в точке наилучшего КПД (BEP). Экономия энергии до 20 % и более достигается с помощью PMM, когда двигатель и система работают в частых или длительных условиях недогрузки или не на BEP.

Используя запатентованный алгоритм векторного управления, приводы Борец с регулируемой скоростью (ЧРП) контролируют и оптимизируют ток двигателя во всем диапазоне встречающихся нагрузок двигателя, постоянно минимизируя потребляемую электрическую мощность.

Целеустремленные инженерные усилия в сочетании с почти 20-летней практикой позволили создать самый большой проверенный портфель двигателей с постоянными магнитами, доступный в отрасли. Размеры и номинальная мощность имеющихся БДМ «Борец» приведены в таблице.

 

Серия 319 406 456 512 562
Доступные скорости (об/мин) 6000 3600, 6000 500, 3600 3600 500, 3600
Коэффициент мощности 0.96 0,96 0,96 0,96 0,96
КПД двигателя До 93% До 93% До 93% До 93% До 93%
Номинальная температура обмотки (C) [F] 200 [392] 200 [392] 200 [392] 200 [392] 200 [392]
Максимальная мощность 150 264 400 760 980

 

Все двигатели Borets PMM представляют собой односекционные двигатели с широким диапазоном мощности в л.с., доступные для каждого типоразмера серии.

Внутренние двигатели с постоянными магнитами Применение силовых тяговых двигателей

На протяжении десятилетий двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM) доминировали на рынке двигателей с постоянными магнитами. Однако в последние годы развивающийся рынок гибридных автомобилей и, в некоторой степени, рост цен на редкоземельные магниты повысили спрос на двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM). Обладая такими преимуществами, как почти постоянная мощность в широком диапазоне скоростей и конструкция с удерживанием магнита, двигатели IPM представляют собой хорошее решение для таких приложений, как тяговые двигатели и станки.Давайте посмотрим поближе.

В простейшем случае роторный двигатель состоит из ротора и статора, один из которых неподвижен, а другой совершает работу. Хотя существует множество модификаций, для целей этой статьи мы будем говорить о конструкциях с внешним неподвижным ротором и внутренним цилиндрическим ротором, соединенным с выходным валом. Статор представляет собой набор медных катушек, на которые последовательно подается напряжение для создания магнитного потока. Поток статора взаимодействует с ротором, который установлен внутри статора таким образом, что он может вращаться в соответствии с полями, создаваемыми катушками.Эта сила выравнивания создает крутящий момент, поворачивая ротор так, что он перемещает вал и, следовательно, нагрузку.

Вращающая сила, приложенная к ротору, может возникать из нескольких источников. В случае двигателей с постоянными магнитами основной источник крутящего момента возникает из-за взаимодействия между потоком статора и северным/южным полюсами магнитов. Как следует из названия, двигатель SPM представляет собой пластины магнитного материала, нанесенные на поверхность ротора с помощью клея и, в некоторых случаях, с помощью механических ремней или корпусов.Ротор двигателя ИПМ состоит из набора металлических пластин с проштампованными прорезями, так что пакет образует полость, параллельную оси двигателя. Магниты вставляются в эти пазы, обеспечивая точное выравнивание без использования специальных инструментов и удерживая магниты даже в условиях сильного удара, вибрации и центробежной силы (см. рис. 1).

Двигатели

IPM производят крутящий момент на основе двух разных механизмов. Первый – это крутящий момент постоянного магнита, который создается потокосцеплением между полем ротора с ПМ и электромагнитным полем статора.Это тот же крутящий момент, создаваемый двигателями SPM. Конструкции IPM создают вторую силу, известную как крутящий момент сопротивления. Форма и расположение прорезей в пластинах ротора предназначены для направления магнитного потока таким образом, что даже если прорези оставить в виде воздушных зазоров, ротор будет испытывать силу, чтобы совместить линии магнитного потока с линиями, создаваемыми катушками статора. Поскольку эти катушки запитываются последовательно, чтобы создать вращающуюся серию чередующихся магнитных полюсов север-юг, ротор будет следовать этой последовательности, создавая момент сопротивления и заставляя его постоянно вращаться.

Поскольку конструкция двигателя IPM увеличивает крутящий момент постоянного магнита за счет реактивного момента, магниты, используемые в двигателях, могут быть тоньше. Это важно на современном рынке. Хотя цены на оксиды редкоземельных элементов (REO) значительно снизились по сравнению с их пиком в августе 2011 года, редкоземельные магниты по-прежнему представляют собой значительный источник затрат при разработке двигателей с постоянными магнитами, поэтому конструкции IPM могут обеспечить экономию средств.

Конструкции обмотки
Двумя распространенными вариантами двигателей IPM являются конструкции с распределенной обмоткой и конструкции с сосредоточенной обмоткой.Распределенная конструкция обмотки имеет несколько катушек на полюс магнита (например, 24 слота на 4 полюса), тогда как концентрированная обмотка имеет только несколько катушек (например, 6 слотов на 4 полюса; см. рис. 2). Конструкции распределенных обмоток позволяют создавать реактивный крутящий момент, тогда как концентрированные обмотки этого не делают. «Строго говоря, это машина с внутренним магнитом, но оказывается, что магниты двигателя намеренно спроектированы так, чтобы больше походить на машину с поверхностными постоянными магнитами, поэтому по этой причине вы не получаете от них большого крутящего момента». — говорит Дэвид Фултон, директор по передовым технологиям Remy International.

В результате реактивного крутящего момента IPM-двигатели с распределенной обмоткой могут создавать больший крутящий момент, чем концентрированные аналоги. Поскольку распределенные обмотки имеют более длинные концевые витки, они страдают от более высоких потерь в меди, и их может быть сложнее изготовить с помощью автоматизированных методов намотки. Они также могут быть более уязвимы для шорт. «Есть области, где эти фазы перекрываются в пространстве и не касаются какой-либо изоляции, — говорит Фултон. возможности для этого режима отказа нет в концентрированных типах ветра.

Концентрированные конструкции поддаются автоматизированному производству, но они должны изготавливаться с более жесткими допусками. Неудивительно, что они также демонстрируют большую пульсацию крутящего момента, чем их распределенные аналоги.

Сосредоточенные обмотки находят все более широкое применение в гибридных транспортных средствах с поперечным расположением двигателей. В поперечном двигателе и двигатель, и трансмиссия должны располагаться между передними колесами автомобиля. IPM с концентрированной обмоткой короче своих распределенных аналогов, что делает их хорошо подходящими для этих конструкций.

Поиск компромиссов
Текущие области применения двигателей IPM включают тяговые двигатели для всех видов транспортных средств и высокоскоростных станков, таких как шпиндели с ЧПУ.

Возможно, самым большим преимуществом конструкций IPM, которое дает им преимущество в транспортных средствах, таких как тяговые двигатели, является высокая скорость работы. Кривая зависимости мощности от скорости для двигателей SPM является примерно гиперболической, поднимаясь до области квазипостоянной мощности в узком диапазоне скоростей, а затем падая.

Двигатели

IPM, напротив, обеспечивают гораздо более широкий диапазон более или менее постоянного крутящего момента. Используя технику, называемую ослаблением поля, разработчики могут подавать ток для изменения характеристик. По мере увеличения скорости постоянные магниты и двигатель генерируют более высокое напряжение. На очень высоких скоростях обратная ЭДС двигателя, умноженная на скорость, может превышать напряжение батареи, что ограничивает ток привода и крутящий момент. Ослабление поля по существу включает в себя настройку магнитного поля статора, чтобы частично противодействовать эффекту постоянных магнитов.Процесс включает в себя схему управления, известную как прямое (D) и квадратурное (Q) управление током по оси. Ось D проходит через центр полюса ротора, а ось Q лежит между двумя соседними полюсами ротора в центре. «Разбивая вектор статора на два вектора и подавая один ток на квадратурную ось, а другой — на прямую ось, они контролируют фазовый угол тока между ними, что позволяет гораздо более широкое управление постоянной мощностью», — объясняет разработчик двигателей и научный сотрудник IEEE Джим. Хендершот, соавтор книги «Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами и конструкция генератора ».

Для транспортных средств этот метод обеспечивает большие преимущества по сравнению с двигателями SPM. «Конфигурация IPM позволяет лучше контролировать намагничивание магнитной цепи», — говорит Хендершот. 

Это не означает, что ослабление поля невозможно и в конструкциях СЗМ, но из-за размера воздушного зазора этот метод требует гораздо более высоких токов. «Из-за ограничения тока инвертора по тепловым ограничениям двигателя вы не можете достаточно ослабить его поле для создания крутящего момента на высоких скоростях», — говорит Фултон.

На низких скоростях двигатель SPM и двигатель IPM одинакового размера обычно могут создавать примерно одинаковый крутящий момент, или конструкция SPM может даже немного больше, пока они не достигнут угловой точки RPM. На скоростях выше, чем обороты в минуту в угловой точке, крутящий момент от конструкций SPM быстро падает. «Если оба они имеют базовую скорость 3000 об/мин, двигатель SPM, вероятно, будет иметь нулевой крутящий момент при 5000 об/мин, в то время как IPM может продолжать работать со скоростью 10 000 или 12 000 об/мин», — говорит Фултон. Такое поведение делает двигатели IPM подходящими для тяговых двигателей. приложений, которые, как правило, требуют высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей.«С конструкциями IPM вы получаете лучшее из обоих миров — вы можете получить очень хорошее ускорение на низких скоростях, а затем работать на очень высоких скоростях, почти с тем же уровнем мощности».

Конструкции

SPM могут быть более щадящими в отношении производственных допусков. Двигатели IPM требуют наименьшего возможного воздушного зазора между ротором и статором, чтобы максимизировать реактивный момент. Однако жесткие допуски могут увеличить стоимость производства. Проекты с ограниченным бюджетом, пытающиеся минимизировать производственные затраты, могут выбрать двигатель SPM, хотя любые затраты и выгоды должны быть сбалансированы с увеличением содержания магнитов.Однако в контексте более широкий воздушный зазор может быть большим преимуществом.

«Это позволяет вам использовать большие допуски, что может быть полезно, если вы делаете двигатель с прямым приводом от двигателя, — говорит Фултон. количество допусков, и они складываются. Вы также, как правило, испытываете сильную вибрацию двигателя, которая может привести к тому, что ротор создаст [избыточное трение] между ротором и статором».

Конструкции различаются и по управлению температурным режимом.В конструкциях СЗМ в магнитах выделяется значительное количество тепла, что может вызвать размагничивание. Добавление небольшого количества диспрозия к материалу магнита может значительно повысить теплостойкость, но в настоящее время диспрозий дорог.

Машины

IPM с распределенными обмотками обычно не выделяют значительного количества тепла в роторе — примерно 90 % потерь в двигателе имеют место в статоре, который можно легко охлаждать с помощью теплоотвода, масляного или водяного охлаждения.

Учитывая широкий спектр доступных конструкций, делать обобщения может быть опасно. Тем не менее, при сравнении яблок с яблоками — тот же размер, то же энергопотребление — двигатель SPM будет обеспечивать более высокую плотность крутящего момента. Однако есть компромиссы. «Двигатели с поверхностными постоянными магнитами могут иметь самую высокую плотность крутящего момента, но вы платите больше из-за дополнительного материала постоянного магнита, — говорит Фултон. не нужно использовать постоянные магниты, чтобы получить весь крутящий момент.»

Конструкции

SPM также демонстрируют более высокую противо-ЭДС, чем двигатели IPM. Это вступает в игру на системном уровне — инвертор в системе может выдерживать только определенное количество противо-ЭДС, прежде чем ему потребуются переключатели и IGBT с более высоким номинальным напряжением — и более высокая стоимость.

Для высокоскоростных устройств, таких как тяговые двигатели и шпиндели станков, хорошо подходит двигатель IPM. «Вы используете меньше магнитного материала, потому что вы получаете часть крутящего момента от выступающего ротора, плюс у вас есть превосходный контроль намагниченности магнитной цепи за счет управления током по осям D и Q, что позволяет вам очень эффективно работать с очень широкий диапазон скоростей», — говорит Хендершот.«Тот факт, что ротор прочный, является бонусом». .

 

Магниты, обычно используемые в двигателях с постоянными магнитами

Постоянные магниты , обычно используемые в двигателях с постоянными магнитами , включают спеченные магниты и связанные магниты. Основные типы: AlNiCo , феррит , самарий-кобальт , неодим-железо-бор и так далее. В этой статье мы более подробно рассмотрим вышеупомянутые 4 типа магнитов .

Магниты, обычно используемые в двигателях с постоянными магнитами

1. Магниты Alnico Постоянный магнит

Alnico является самым ранним широко используемым постоянным магнитом, и процесс его изготовления и технология относительно зрелы. В настоящее время есть заводы в Японии, США, Европе, России и Китае.

2. Ферритовые магниты

В 1950-х годах феррит начал бурно развиваться. В частности, в 1970-х годах феррит стронция с лучшими показателями коэрцитивной силы и магнетизма был запущен в производство в больших количествах, что быстро расширило использование постоянного феррита.Как неметаллический магнитный материал, феррит не имеет недостатков металлических материалов с постоянными магнитами, которые легко окисляются, имеют низкую температуру Кюри и высокую стоимость, поэтому он очень популярен.

3. Самарий-кобальтовые магниты

Самарий-кобальтовые магниты — это постоянные магниты с превосходными магнитными свойствами, появившиеся в середине 1960-х годов и обладающие очень стабильными свойствами. Самарий-кобальтовые магниты особенно подходят для изготовления двигателей с точки зрения магнитных свойств.Однако из-за их высокой цены они в основном используются в исследованиях и разработках авиационных, аэрокосмических, оружейных и других военных двигателей, а также высокопроизводительных двигателей в высокотехнологичных областях, где цена не является основным фактором.

4. Магниты NdFeB Магниты

NdFeB представляют собой сплавы неодима , и оксида железа. Благодаря чрезвычайно высокому продукту магнитной энергии и коэрцитивной силе, а также преимуществам высокой плотности энергии постоянные магниты NdFeB широко используются в современной промышленности и электронной технике.Это позволяет уменьшить размер, вес и толщину оборудования, такого как контрольно-измерительные приборы, электроакустические двигатели, устройства магнитной сепарации и намагничивания. Поскольку неодимовые магниты содержат большое количество неодима и железа, они легко ржавеют. Химическая пассивация поверхности является одним из лучших способов борьбы с коррозией неодимовых магнитов.

Заключение

Благодарим вас за чтение нашей статьи, и мы надеемся, что она поможет вам лучше узнать магниты , обычно используемые в двигателях с постоянными магнитами .Если вы хотите узнать больше о магнитах, мы хотели бы посоветовать вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.

Как ведущий поставщик магнитов по всему миру, Stanford Magnets занимается исследованиями и разработками, производством и продажей магнитов с 1990-х годов. Он предоставляет клиентам высококачественные постоянные магниты, такие как магниты SmCo , неодимовые магниты , магниты AlNiCo и ферритовые магниты (керамические магниты) по очень конкурентоспособной цене.

Просмотры сообщений: 2709

Теги: магниты Alnico, керамические магниты, ферритовые магниты, ведущий поставщик магнитов, роторы магнитов, магниты двигателя, магниты NdFeB, неодимовые магниты, материалы с постоянными магнитами, самариево-кобальтовые магниты, Стэнфордские магниты

Двигатель с постоянными магнитами с фиксированной или переменной скоростью

Двигатель с постоянными магнитами: для максимальной эффективности и производительности.

Двигатели с постоянными магнитами серии OMPM , разработанные и изготовленные компанией OME Motors, являются лучшей моделью по эффективности, мощности и размерам среди двигателей с постоянными магнитами, доступных на рынке. Это специальные синхронные электродвигатели с добавленными к ротору магнитными стержнями, которые увеличивают тягу и делают эти устройства более эффективными с точки зрения производительности и энергосбережения. Поэтому двигатель с постоянными магнитами даже мощнее стандартного двигателя с низким напряжением IE4: ведь при той же мощности приборы серии OMPM имеют меньшие габариты и больший КПД.Кроме того, благодаря небольшому весу и малому объему синхронные двигатели с постоянными магнитами занимают мало места и обладают большой конденсированной мощностью.

Двигатель с постоянными магнитами , разработанный и изготовленный по индивидуальному заказу компанией OME Motors, управляется и управляется преобразователем частоты, который гарантирует постоянный крутящий момент в широком диапазоне скоростей, работая даже на самых низких уровнях с превосходной эффективностью. Следовательно, эти машины также можно определить как двигатели с постоянными магнитами .

Высокий уровень эффективности для непревзойденных преимуществ: откройте для себя особенности двигателя с постоянными магнитами

Постоянный магнит — это машины, способные вместить максимальную мощность в уменьшенном объеме. В частности, они обладают следующими преимуществами:

  • Высокий уровень технологий.
  • Более высокая эффективность с точки зрения производительности и энергопотребления: каждый электродвигатель с постоянными магнитами не только мощный и эффективный, но и энергосберегающий.
  • Высокая плотность мощности на кадр.
  • Долгий срок службы, устойчивость и надежность с течением времени.
  • Уменьшенный вес и объем для компактной конструкции.
  • Максимальная гибкость и взаимозаменяемость, гарантированные конструкцией каждого двигателя с постоянными магнитами.
  • Меньшие потери энергии и тепла благодаря высокому КПД, гарантированному каждым синхронным двигателем с постоянными магнитами .
  • Переменная скорость.
  • Точное управление и работа при более низких температурах, даже на низких скоростях.
  • Пониженный уровень шума

Синхронный двигатель с постоянными магнитами: максимальная производительность для любого применения

Благодаря своим передовым и инновационным характеристикам электродвигатели с постоянными магнитами , разработанные и изготовленные OME Motors, идеально подходят для самых разных областей. В общем, эти устройства могут использоваться с превосходной производительностью и максимальной эффективностью во всех тех приложениях, которые требуют изменения скорости и постоянного крутящего момента даже на низких скоростях.В частности, внутри электростанций может использоваться синхронный двигатель с постоянными магнитами ; системы очистки, водоподготовки и опреснения; очистных сооружениях, но и в пищевой промышленности. Они эффективно работают в сочетании с насосами, компрессорами, дробилками и измельчителями, вентиляторами и воздуходувками, конвейерными лентами, системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.