Silnik synchroniczny prądu stałego z magnesem trwałym różni się od konstrukcji silnika szczotkowego, o której dowiedzieliśmy się w podręczniku. Wykorzystuje uzwojenie cewki jako stojana i magnes stały jako wirnik. Magnes stały jest wykonany głównie z materiału magnetycznego z boru neodymowo-żelazowo-borowego, a ponieważ zawiera rzadką ziemię, koszt jest bardzo wysoki. Na szczęście chiński styl jest krajem o bardzo wysokiej zawartości pierwiastków ziem rzadkich na świecie, więc energicznie rozwijające się pojazdy elektryczne nie zagrażają bezpieczeństwu narodowemu. 钕 Magnetyzm może być znany wielu znajomym, którzy odtwarzają dźwięk. Jeśli głośnik jest wykonany z neodymu, jego właściwości magnetyczne będą bardzo wysokie, co oznacza, że niewielka głośność może wydawać głośny dźwięk i wymaga dużej mocy. Bas, który można wcisnąć, może być szokujący. Dlatego użycie magnesu neodymowego jako magnesu trwałego w silniku znacznie zwiększy gęstość mocy silnika, zmniejszając objętość i masę.
Stojan silnika synchronicznego prądu stałego z magnesem stałym składa się z uzwojeń trójfazowych. Dlatego wirnik nie jest zasilany energią, a prąd jest włączany przez stojan. Do obracania się silnika wymagane jest wirujące pole magnetyczne. Ponieważ wirnik jest już magnesem trwałym, a jego poziom magnetyczny jest stały, wirujące pole magnetyczne może być wytwarzane tylko przez uzwojenia stojana.
Zalety wydajności synchronicznego silnika prądu stałego na magnes stały
Ponieważ zestaw akumulatorów do pojazdu wytwarza moc prądu stałego o wysokim napięciu, synchroniczny silnik prądu stałego na magnes stały nie wymaga falownika dużej mocy do przetworzenia mocy prądu stałego na sinusoidalną moc prądu przemiennego w porównaniu do silnika asynchronicznego prądu przemiennego. W końcu ten proces konwersji powoduje pewną utratę energii elektrycznej. Dlatego pod tym względem silnik synchroniczny prądu stałego z magnesem stałym poprawia efektywność korzystania z akumulatora.
Wirnik przyjmuje strukturę magnesu stałego, więc sam wirnik ma pole magnetyczne i nie musi generować pola magnetycznego przez dodatkowy prąd indukowany, taki jak asynchroniczny silnik prądu przemiennego. Oznacza to, że wirnik nie potrzebuje prądu do wytworzenia magnetyzmu, więc zużycie energii jest niższe niż w przypadku silnika asynchronicznego prądu przemiennego.
Po zastosowaniu metalu ziem rzadkich jako materiału o wysokim magnesie, ciężar wirnika zmniejsza się, a gęstość mocy silnika ulega poprawie. Dlatego w tej samej sytuacji mocy silnik synchroniczny prądu stałego z magnesem stałym jest lżejszy i ma mniejszy rozmiar, a prędkość reakcji wirnika jest większa.
Silnik synchroniczny z magnesem trwałym może integralnie zamontować silnik na osi, tworząc zintegrowany bezpośredni układ napędowy, to znaczy jedna oś jest jednostką napędową, eliminując jedną skrzynię biegów. Charakterystyka silników synchronicznych z magnesami trwałymi jest następująca:
(1) Sam PMSM ma wysoką sprawność energetyczną i wysoki współczynnik mocy;
(2) PMSM ma niskie wytwarzanie ciepła, więc układ chłodzenia silnika ma prostą strukturę, małą objętość i niski poziom hałasu;
(3) System przyjmuje całkowicie zamkniętą strukturę, brak zużycia przekładni, brak hałasu przekładni, brak smarowania, brak konserwacji;
(4) Prąd przeciążeniowy dozwolony przez PMSM jest duży, a niezawodność znacznie poprawiona;
(5) Cały układ przekładni jest lekki, a masa nieresorowana jest lżejsza niż w przypadku tradycyjnego przekładni osi, a moc na jednostkę masy jest duża;
(6) Ponieważ nie ma skrzyni biegów, układ wózków można dowolnie zaprojektować: taki jak wózek miękki i wózek jednoosiowy znacznie poprawia dynamiczne osiągi pociągu.
Zmieniając prąd wzbudzenia generatora, generalnie nie jest on bezpośrednio przeprowadzany w jego obwodzie wirnika, ponieważ prąd w obwodzie jest duży i nie jest wygodne wykonywanie bezpośredniej regulacji. Powszechnie stosowaną metodą jest zmiana prądu wzbudzenia wzbudnicy w celu uzyskania regulacji generatora. Cel prądu wirnika. Typowe metody obejmują zmianę rezystancji obwodu wzbudzenia wzbudnicy, zmianę dodatkowego prądu wzbudzenia wzbudnicy, zmianę kąta przewodzenia tyrystora itp.
Jaki jest związek między bezszczotkowymi silnikami prądu stałego a silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi?
W bezszczotkowych silnikach prądu stałego bieguny wirnika są zwykle wykonane ze stali magnetycznej typu płytkowego. Dzięki konstrukcji obwodu magnetycznego można uzyskać gęstość magnetyczną szczeliny powietrznej fal trapezowych. Uzwojenia stojana są w większości skoncentrowane i zintegrowane, więc indukowana siła elektromotoryczna jest trapezoidalna. Sterowanie bezszczotkowym silnikiem prądu stałego wymaga informacji zwrotnej o położeniu. Musi mieć czujnik pozycji lub bezszeregową technikę szacowania pozycji, aby utworzyć samokontrolujący system kontroli prędkości. Podczas sterowania prądy fazowe są również kontrolowane w miarę możliwości jako fale prostokątne, a napięcie wyjściowe falownika można kontrolować zgodnie z metodą PWM ze szczotkowanym silnikiem prądu stałego. Zasadniczo bezszczotkowy silnik prądu stałego jest także rodzajem silnika synchronicznego z magnesem trwałym, a regulacja prędkości należy do kategorii regulacji prędkości zmiennej zmiennej częstotliwości o zmiennej częstotliwości.
Mówiąc ogólnie, silnik synchroniczny z magnesem trwałym ma trójfazowe uzwojenie stojana stojana i wirnik z magnesem stałym, a kształt fali indukowanej siły elektromotorycznej jest sinusoidalny w strukturze obwodu magnetycznego i rozkładzie uzwojenia, a zastosowane napięcie i prąd stojana również powinny fale sinusoidalne, zwykle polegające na transformacji napięcia przemiennego. Falownik zapewnia. Synchroniczny system sterowania silnikiem z magnesem trwałym często przyjmuje typ samokontroli, a także potrzebuje informacji zwrotnej o położeniu. Może przyjąć sterowanie wektorowe (sterowanie kierunkiem pola) lub zaawansowaną strategię sterowania bezpośrednią kontrolą momentu obrotowego.
Różnicę między nimi można uznać za koncepcję projektową spowodowaną przez kontrolę fali prostokątnej i sinusoidalnej.
Zasada działania bezszczotkowego silnika prądu stałego jest taka sama, jak w przypadku silnika prądu stałego ze szczotką węglową. DC może myśleć o fali prostokątnej jako kombinacji dwóch prądów stałych o różnych kierunkach (nie nakładających się), jeden będzie dodatni, jeden będzie ujemny, tylko w ten sposób. Prąd może spowodować, że zwora silnika będzie się nadal obracać. W rzeczywistości, jeśli prąd twornika w szczotkowanym silniku prądu stałego jest taki sam jak ten prąd
Powiązane cechy
1, regulacja napięcia
Automatyczna regulacja układu wzbudzenia może być postrzegana jako układ kontroli ujemnego sprzężenia zwrotnego z napięciem jako wartością do regulacji. Reaktywny prąd obciążenia jest główną przyczyną spadku napięcia na zacisku generatora. Gdy prąd wzbudzenia jest stały, napięcie końcowe generatora będzie maleć wraz ze wzrostem prądu biernego. Jednak w celu spełnienia wymagań użytkownika dotyczących jakości energii napięcie na zaciskach generatora powinno pozostać zasadniczo takie samo. Spełnienie tego wymogu polega na dostosowaniu prądu wzbudzenia generatora do zmiany prądu biernego.
2. Regulacja mocy biernej:
Gdy generator i system pracują równolegle, można uznać, że działa z szyną zbiorczą nieskończonego zasilacza o dużej pojemności. Prąd wzbudzenia generatora musi zostać zmieniony, a potencjał indukowany i prąd stojana również się zmienią. W tym czasie zmienia się również prąd bierny generatora. Gdy generator pracuje równolegle z systemem o nieskończonej wydajności, aby zmienić moc bierną generatora, należy wyregulować prąd wzbudzenia generatora. Zmieniony w tym czasie prąd wzbudzenia generatora nie jest tak zwaną „regulacją”, lecz jedynie zmienia moc bierną przesyłaną do układu.
3. Rozkład obciążenia biernego:
Generatory działające równolegle są proporcjonalnie rozdzielane prądem biernym zgodnie z ich odpowiednimi mocami znamionowymi. Generatory o dużej pojemności powinny wytrzymywać większe obciążenie bierne, podczas gdy mniejsze generują mniej obciążenia biernego. Aby zrealizować automatyczny rozkład obciążenia biernego, można zastosować prąd wzbudzenia automatycznej regulacji wysokiego napięcia do zmiany prądu wzbudzenia generatora w celu utrzymania stałej wartości napięcia na zaciskach, a nachylenie charakterystyki regulacji napięcia generatora może być dostosowany do realizacji równoległej pracy generatora. Rozsądny rozkład obciążenia biernego.
Różnica między silnikiem synchronicznym z magnesem trwałym a bezszczotkowym silnikiem prądu stałego
Zasadniczo, gdy projektowany jest bezszczotkowy silnik prądu stałego, pole magnetyczne szczeliny powietrznej jest falą kwadratową (fala trapezowa), a płaska górna część jest możliwie płaska. Dlatego przy wyborze logarytmu bieguna zasadniczo wybiera się koncentryczne uzwojenie szczeliny całkowitej, takie jak szczelina 4-biegun 12, a stal magnetyczna jest zasadniczo koncentrycznym pierścieniem w kształcie wachlarza, który jest magnesowany promieniowo. Jest ogólnie wyposażony w czujnik Halla do wykrywania położenia i prędkości. Metoda napędzania jest zasadniczo sześciostopniowym falownikiem kwadratowym w sytuacjach, gdy wymaganie dotyczące pozycji nie jest bardzo wysokie;
Synchronizacja magnesów trwałych jest sinusoidalną szczeliną powietrzną, tym lepsza jest sinusoidalna, więc ułamkowe uzwojenie szczeliny jest wybierane na logarytmie bieguna, takim jak 4-biegun 15, 10-biegun 12 itp. Stal magnetyczna ma ogólnie kształt chleba , magnesowanie równoległe, a czujnik jest ogólnie Skonfiguruj enkoder inkrementalny, resolwer, enkoder absolutny itp. Tryb Drive i jest generalnie sterowany przez falę sinusoidalną, taką jak algorytm FOC. Do serwonapędów.
Możesz rozróżnić struktury wewnętrzne, czujniki, sterowniki i aplikacje. Ten typ silnika można również stosować zamiennie, ale obniży to wydajność. Dla większości przebiegów szczelin powietrznych między nimi znajduje się silnik z magnesem trwałym, głównie w zależności od trybu jazdy. .
Prędkość bezszczotkowego silnika prądu stałego na magnes stały można zmienić. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi wymagają specjalnych napędów do zmiany prędkości, takich jak trójkrystaliczny serwonapęd S3000B.
Zgodnie z wymaganiami różnych przemysłowych i rolniczych maszyn produkcyjnych napęd silnikowy dzieli się na trzy typy: napęd o stałej prędkości, napęd do sterowania prędkością i napęd do sterowania precyzyjnego.
1, napęd o stałej prędkości
Istnieje wiele maszyn produkcyjnych w produkcji przemysłowej i rolniczej, które wymagają ciągłej pracy w jednym kierunku przy mniej więcej stałych prędkościach, takich jak wentylatory, pompy, sprężarki i ogólne obrabiarki. W przeszłości większość tych maszyn była napędzana trójfazowymi lub jednofazowymi silnikami asynchronicznymi. Silniki asynchroniczne są tanie, mają prostą budowę i są łatwe w utrzymaniu oraz są bardzo odpowiednie do napędzania takich maszyn. Jednak silnik asynchroniczny ma niską sprawność, niski współczynnik mocy i duże straty, a ten typ silnika ma dużą powierzchnię, więc podczas użytkowania marnowana jest duża ilość energii elektrycznej. Po drugie, duża liczba wentylatorów i pomp stosowanych w przemyśle i rolnictwie często musi dostosowywać prędkość przepływu, zwykle poprzez regulację przepustnicy i zaworu, który marnuje dużo energii elektrycznej. Od 1970 ludzie używali falowników do regulacji prędkości silników asynchronicznych w wentylatorach i pompach w celu dostosowania ich natężenia przepływu i osiągnęli znaczne oszczędności energii. Jednak koszt falownika ogranicza jego użycie, a niska wydajność samego silnika asynchronicznego nadal istnieje.
Na przykład w domowych sprężarkach klimatyzacyjnych pierwotnie stosowane były jednofazowe silniki asynchroniczne, a ich działanie było kontrolowane przez przełączanie, a hałas i zakres wahań wysokiej temperatury były niewystarczające. We wczesnych modelach 1990 japońska firma Toshiba Corporation po raz pierwszy zastosowała regulację prędkości zmiennej częstotliwości silnika asynchronicznego w sterowniku sprężarki. Zalety regulacji prędkości konwersji częstotliwości sprzyjały rozwojowi klimatyzatora z falownikiem. W ostatnich latach japońskie Hitachi, Sanyo i inne firmy zaczęły używać bezszczotkowych silników z magnesami trwałymi zamiast asynchronicznej kontroli częstotliwości silnika, znacznie poprawiając wydajność, osiągając lepsze oszczędności energii i dalej redukując hałas przy tej samej mocy znamionowej i prędkości znamionowej. Następnie objętość i ciężar jednofazowego silnika asynchronicznego wynoszą 100%, a objętość bezszczotkowego silnika prądu stałego na magnes stały wynosi 38.6%, waga to 34.8%, ilość miedzi wynosi 20.9%, a ilość żelaza to 36.5%. Ponad 10%, a prędkość jest wygodna, cena jest równoważna asynchronicznej regulacji częstotliwości silnika. Zastosowanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesem trwałym w klimatyzatorze sprzyja modernizacji klimatyzatora.
2, napęd kontroli prędkości
Istnieje wiele pracujących maszyn, a ich prędkość robocza musi być dowolnie ustawiona i dostosowana, ale wymagania dotyczące dokładności kontroli prędkości nie są bardzo wysokie. Takie układy napędowe mają wiele zastosowań w maszynach pakujących, maszynach spożywczych, maszynach drukarskich, maszynach do transportu materiałów, maszynach tekstylnych i pojazdach transportowych. Najczęściej stosowanym w tego rodzaju aplikacjach regulacji prędkości jest system kontroli prędkości silnika prądu stałego. Po opracowaniu technologii elektroniki mocy i technologii sterowania w 1970, regulacja prędkości zmiennej prędkości silnika asynchronicznego szybko weszła w obszar zastosowania oryginalnego układu sterowania prędkością prądu stałego. . Jest tak, ponieważ z jednej strony cena wydajności układu sterowania prędkością silnika o zmiennej częstotliwości asynchronicznego silnika jest porównywalna z ceną układu sterowania prędkością prądu stałego. Z drugiej strony silnik asynchroniczny ma prosty proces produkcyjny, wysoką wydajność i mniej miedzi dla tego samego silnika mocy, co silnik prądu stałego. Zalety wygodnej konserwacji i tak dalej. Dlatego asynchroniczna regulacja prędkości konwersji częstotliwości silnika szybko zastępuje system regulacji prędkości prądu stałego w wielu przypadkach.
3, napęd precyzyjnej kontroli
1 Precyzyjny system sterowania serwo
Serwosilniki odgrywają ważną rolę w kontroli działania automatyki przemysłowej. Wymagania dotyczące wydajności silników serwo również są różne. W praktycznych zastosowaniach serwosilniki mają różne metody sterowania, takie jak kontrola momentu obrotowego / prądu, kontrola prędkości, kontrola położenia i tym podobne. System serwosilników doświadczył także serwo prądu stałego, serwo prądu przemiennego, układ napędowy silnika krokowego, a do niedawna najbardziej atrakcyjny układ serwo prądu stałego z magnesem trwałym. Większość importowanego sprzętu automatyki, sprzętu do automatycznego przetwarzania i robotów importowanych w ostatnich latach przyjęła system serwo AC silnika synchronicznego z magnesami trwałymi.
2 Silnik synchroniczny z magnesem trwałym w technologii informacyjnej
Obecnie technologia informacyjna jest wysoko rozwinięta, a różne urządzenia peryferyjne i sprzęt automatyki biurowej również są wysoko rozwinięte. Zapotrzebowanie na mikrosilniki z kluczowymi komponentami jest wysokie, a wymagania dotyczące dokładności i wydajności stają się coraz wyższe. Wymagania dotyczące takich mikrosilników to miniaturyzacja, przerzedzanie, duża prędkość, długa żywotność, wysoka niezawodność, niski poziom hałasu i niskie wibracje, a wymagania dotyczące dokładności są szczególnie wysokie.
Silnik synchroniczny z magnesem trwałym jest silnikiem synchronicznym, który generuje synchroniczne wirujące pole magnetyczne poprzez wzbudzenie magnesu stałego. Magnes stały działa jak wirnik, wytwarzając wirujące pole magnetyczne. Trójfazowe uzwojenie stojana przechodzi przez reakcję twornika pod działaniem wirującego pola magnetycznego, aby indukować trójfazowy symetryczny prąd.
W tym czasie energia kinetyczna wirnika jest przekształcana w energię elektryczną, a silnik synchroniczny z magnesem stałym jest wykorzystywany jako generator. Ponadto, gdy strona stojana jest podłączona do trójfazowego prądu symetrycznego, ponieważ trójfazowy stojan różni się o 120 w pozycji przestrzennej, prąd trójfazowy stojana znajduje się w przestrzeni. Wirujące pole magnetyczne jest generowane, a wirujące pole magnetyczne wirnika poddawane jest działaniu siły elektromagnetycznej. W tym czasie energia elektryczna jest przekształcana w energię kinetyczną, a silnik synchroniczny z magnesem stałym jest wykorzystywany jako silnik.
Sposób pracy:
1. Kilka sposobów generowania prądu wzbudzenia przez generator
1) Tryb wzbudzenia zasilania generatora prądu stałego
Ten typ generatora wzbudzenia ma dedykowany generator prądu stałego. Ten specjalny generator prądu stałego nazywany jest wzbudnikiem prądu stałego. Wzbudnica jest zasadniczo współosiowa z generatorem. Uzwojenie wzbudzenia generatora przechodzi przez pierścień ślizgowy zamontowany na dużym wale. A nieruchoma szczotka odbiera prąd stały ze wzbudnicy. Ten tryb wzbudzenia ma zalety niezależnego prądu wzbudzenia, niezawodnego działania i zmniejszonego zużycia energii elektrycznej do samodzielnego wykorzystania. Jest to główny tryb wzbudzania generatorów w ciągu ostatnich kilku dekad i ma dojrzałe doświadczenie operacyjne. Wadą jest to, że prędkość regulacji wzbudzenia jest niska, a obciążenie związane z konserwacją jest duże, dlatego rzadko stosuje się ją w urządzeniach powyżej 10MW.
2) Tryb wzbudzenia zasilacza wzbudnicy prądu przemiennego
Niektóre nowoczesne generatory dużej mocy wykorzystują wzbudnicę do dostarczania prądu wzbudzenia. Wzbudnica prądu zmiennego jest również zamontowana na dużym wale generatora. Wyjście prądu przemiennego jest prostowane i dostarczane do wirnika generatora w celu wzbudzenia. W tym momencie tryb wzbudzania generatora należy do trybu wzbudzania, a ze względu na urządzenie do statycznego rektyfikacji jest również nazywany W celu wzbudzenia wzbudzenia statycznego wtórny wzbudnik AC zapewnia prąd wzbudzenia. Wzbudzacz wtórny prądu przemiennego może być urządzeniem pomiarowym z magnesem trwałym lub alternatorem wyposażonym w samowzbudzające urządzenie stałego napięcia. W celu poprawy prędkości regulacji wzbudzenia wzbudnica AC zwykle wykorzystuje generator średniej częstotliwości 100-200 Hz, podczas gdy pomocniczy wzbudnik AC wykorzystuje generator częstotliwości pośredniej 400-500 Hz. Uzwojenie wzbudzenia prądu stałego i trójfazowe uzwojenie prądu przemiennego generatora są uzwojone w gnieździe stojana. Wirnik ma tylko zęby i szczeliny i nie ma uzwojeń, jak koło zębate. Dlatego nie ma wirujących części, takich jak szczotki i pierścienie ślizgowe, i ma niezawodne działanie. Model użytkowy ma zalety prostej struktury, wygodnego procesu produkcyjnego i tym podobnych. Wadą jest to, że hałas jest duży, a składowa harmoniczna potencjału prądu przemiennego jest również duża.
3) Tryb wzbudzenia wzbudnicy
W trybie wzbudzenia nie jest przewidziany specjalny wzbudnik, a moc wzbudzenia jest uzyskiwana z samego generatora, a następnie rektyfikowana, a następnie dostarczana do samego generatora w celu wzbudzenia, co nazywa się wzbudzeniem statycznym o wzbudzeniu własnym. Wzbudzanie własne wzbudzenia można podzielić na wzbudzenie własne i ponowne wzbudzenie. Tryb samowzbudzenia Uzyskuje prąd wzbudzenia przez transformator prostownika podłączony do wyjścia generatora i dostarcza go do generatora w celu wzbudzenia po wyprostowaniu. Ten tryb wzbudzenia ma zalety prostej struktury, mniejszego wyposażenia, mniejszych inwestycji i mniejszej konserwacji. Oprócz prostowania i transformacji tryb samowzbudzenia ma również transformator prądowy dużej mocy połączony szeregowo z obwodem stojana generatora. Zadaniem tego transformatora jest dostarczenie dużego prądu wzbudzenia do generatora w przypadku zwarcia, aby zrekompensować niedobór mocy wyjściowej transformatora prostownika. Ta metoda wzbudzenia ma dwa rodzaje źródeł mocy wzbudzenia, źródło napięcia uzyskane z transformatora prostowniczego i źródło prądu uzyskane z transformatora szeregowego.
