Синхронный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами отличается от конструкции щеточного двигателя, которую мы изучили в учебнике. Он использует обмотку катушки в качестве статора и постоянный магнит в качестве ротора. Постоянный магнит в основном сделан из неодима, железа, бора, магнитного материала, и поскольку он содержит редкоземельные элементы, стоимость очень высока. К счастью, китайский стиль - это страна с очень высоким содержанием редкоземельных элементов в мире, поэтому энергично развивающиеся электромобили не поставят под угрозу национальную безопасность. 钕 Магнетизм может быть знаком многим друзьям, которые играют аудио. Если динамик сделан из неодима, его магнитные свойства будут очень высокими, а это означает, что небольшая громкость может издавать громкий звук и требует большой мощности. Бас, который можно толкнуть, может быть шокирующим. Следовательно, использование неодимового магнита в качестве постоянного магнита в двигателе также значительно увеличивает удельную мощность двигателя, уменьшая объем и вес.
Статор синхронного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами состоит из трехфазных обмоток. Следовательно, ротор не находится под напряжением, и ток включается статором. Для вращения двигателя требуется вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор уже является постоянным магнитом и его магнитный уровень является фиксированным, вращающееся магнитное поле может создаваться только обмотками статора.
Преимущества работы постоянного синхронного двигателя с постоянным магнитом
Поскольку аккумуляторная батарея для транспортного средства выдает постоянный ток высокого напряжения, синхронный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами не требует мощного инвертора для преобразования энергии постоянного тока в синусоидальную мощность переменного тока по сравнению с асинхронным двигателем переменного тока. Ведь этот процесс преобразования вызывает определенную степень потери электрической энергии. Следовательно, в этом отношении синхронный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами повышает эффективность использования батареи.
Ротор имеет конструкцию с постоянными магнитами, поэтому сам ротор имеет магнитное поле, и ему не нужно генерировать магнитное поле посредством дополнительного индуцированного тока, такого как асинхронный двигатель переменного тока. То есть ротору не требуется электричество для генерации магнетизма, поэтому потребление энергии ниже, чем у асинхронного двигателя переменного тока.
После использования редкоземельного элемента в качестве материала с высоким содержанием магнитов вес ротора уменьшается, а плотность мощности двигателя улучшается. Следовательно, в той же ситуации с питанием синхронный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами легче по весу и меньше по размеру, а скорость отклика ротора выше.
Синхронный двигатель с постоянными магнитами может монтировать двигатель на ось как единое целое, образуя единую систему прямого привода, то есть одна ось является приводным устройством, исключая одну коробку передач. Характеристики синхронных двигателей с постоянными магнитами в основном следующие:
(1) Сам PMSM имеет высокую энергоэффективность и высокий коэффициент мощности;
(2) PMSM имеет низкое тепловыделение, поэтому система охлаждения двигателя имеет простую конструкцию, небольшой объем и низкий уровень шума;
(3) Система имеет полностью закрытую конструкцию, без износа редуктора, без шума трансмиссии, без смазки, без технического обслуживания;
(4) Ток перегрузки, допускаемый PMSM, велик, и надежность значительно улучшена;
(5) Вся система трансмиссии имеет малый вес, а неподрессоренный вес легче, чем у обычной трансмиссии оси, и мощность на единицу веса велика;
(6) Поскольку нет коробки передач, система тележки может быть свободно спроектирована: например, мягкая тележка и одноосная тележка, динамические характеристики поезда значительно улучшаются.
При изменении тока возбуждения генератора его обычно не проводят непосредственно в цепи его ротора, поскольку ток в цепи велик, и выполнять прямую регулировку неудобно. Обычно используемый метод заключается в изменении тока возбуждения возбудителя для достижения регулирования генератора. Назначение тока ротора. Общие методы включают изменение сопротивления цепи возбуждения возбудителя, изменение дополнительного тока возбуждения возбудителя, изменение угла проводимости тиристора и т. Д.
Какова связь между бесщеточными двигателями постоянного тока и синхронными двигателями с постоянными магнитами?
В бесщеточных двигателях постоянного тока полюса ротора обычно изготавливаются из магнитной стали плиточного типа. Благодаря конструкции магнитной цепи можно получить магнитную плотность воздушного зазора трапециевидных волн. Обмотки статора в основном сосредоточены и интегрированы, поэтому индуцированная обратная электродвижущая сила является трапециевидной. Управление бесщеточным двигателем постоянного тока требует обратной связи информации о положении. Он должен иметь датчик положения или метод оценки без датчика положения, чтобы сформировать самоконтролирующуюся систему управления скоростью. При управлении фазовые токи также контролируются в максимально возможной степени в виде прямоугольных волн, а выходное напряжение инвертора можно регулировать в соответствии с методом ШИМ двигателя с щеткой постоянного тока. По сути, бесщеточный двигатель постоянного тока также является разновидностью синхронного двигателя с постоянными магнитами, и регулирование скорости фактически относится к категории регулирования скорости переменного тока с переменным напряжением.
Вообще говоря, синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет трехфазную распределенную обмотку статора и ротор с постоянными магнитами, а форма волны индуцированной электродвижущей силы является синусоидальной в структуре магнитной цепи и распределении обмотки, и приложенные напряжение и ток статора также должны быть синусоидальные волны, обычно основанные на преобразовании переменного напряжения. Инвертор обеспечивает. Система управления синхронным двигателем с постоянными магнитами часто принимает тип самоконтроля и также нуждается в информации обратной связи по положению. Он может использовать векторное управление (управление направлением поля) или усовершенствованную стратегию прямого управления крутящим моментом.
Разницу между этими двумя понятиями можно рассматривать как концепцию дизайна, вызванную прямоугольным и синусоидальным управлением.
Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока такой же, как и у двигателя постоянного тока с угольной щеткой. DC может думать о прямоугольной волне как о комбинации двух постоянных токов с разными направлениями (не наложенными), один будет положительным, другой будет отрицательным, только так Ток может заставить якорь двигателя продолжать вращаться. Фактически, если ток якоря в щеточном двигателе постоянного тока такой же, как этот ток
Связанные характеристики
1, регулировка напряжения
Автоматическую настройку системы возбуждения можно рассматривать как систему управления с отрицательной обратной связью с напряжением в качестве величины, подлежащей настройке. Ток реактивной нагрузки является основной причиной падения напряжения на клемме генератора. Когда ток возбуждения постоянен, напряжение на клеммах генератора будет уменьшаться с увеличением реактивного тока. Однако для того, чтобы удовлетворить требования пользователя к качеству электроэнергии, напряжение на клеммах генератора должно оставаться в основном одинаковым. Способ достижения этого требования заключается в регулировке тока возбуждения генератора с изменением реактивного тока.
2. Регулировка реактивной мощности:
Когда генератор и система работают параллельно, можно считать, что они работают с шиной бесконечного источника питания большой емкости. Ток возбуждения генератора должен быть изменен, и индуцированный потенциал и ток статора также изменятся. В это время реактивный ток генератора также изменяется. Когда генератор работает параллельно с системой с бесконечной производительностью, для изменения реактивной мощности генератора необходимо настроить ток возбуждения генератора. Ток возбуждения генератора, который изменяется в это время, не является так называемым «регулированием», а просто изменяет реактивную мощность, посылаемую в систему.
3. Распределение реактивной нагрузки:
Генераторы, работающие параллельно, пропорционально распределены по реактивному току в соответствии с их номинальной мощностью. Генераторы большой мощности должны нести большую реактивную нагрузку, в то время как меньшие обеспечивают меньшую реактивную нагрузку. Чтобы реализовать автоматическое распределение реактивной нагрузки, ток возбуждения автоматического высоковольтного регулирования может использоваться для изменения тока возбуждения генератора, чтобы поддерживать постоянное напряжение на клеммах, и наклон характеристики регулирования напряжения генератора может быть приспособлен для реализации параллельной работы генератора. Разумное распределение реактивной нагрузки.
Разница между синхронным двигателем с постоянным магнитом и бесщеточным двигателем постоянного тока
Как правило, когда проектируется бесщеточный двигатель постоянного тока, магнитное поле воздушного зазора является прямоугольной (трапециевидной волной), а плоская верхняя часть является как можно более плоской. Следовательно, при выборе логарифма полюса обычно выбирают концентрированную обмотку с целочисленной прорезью, такую как прорезь 4 с полюсом 12, и магнитная сталь, как правило, представляет собой концентрическое веерообразное кольцо, радиально намагниченное. Как правило, он оснащен датчиком Холла для определения положения и скорости. Способ вождения, как правило, представляет собой шестиступенчатую возбуждающую волну для случаев, когда требование положения не очень велико;
Синхронная синхронизация с постоянным магнитом представляет собой синусоидальный воздушный зазор, тем лучше синусоидальный, поэтому на логарифме полюса выбирается дробная щель, такая как щель 4-полюс 15, щель 10 полюс 12 и т. Д. Магнитная сталь обычно имеет форму хлеба. параллельной намагниченности, и датчик обычно настраивает инкрементный энкодер, резольвер, абсолютный энкодер и т. д. Режим Drive i обычно управляется синусоидальной волной, такой как алгоритм FOC. Для сервоприводов.
Вы можете различать внутренние структуры, датчики, драйверы и приложения. Этот тип двигателя также можно использовать взаимозаменяемо, но это ухудшит производительность. Для большинства форм сигналов воздушного зазора между ними имеется двигатель с постоянными магнитами, в основном в зависимости от режима привода. ,
Скорость бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами может быть изменена. Синхронные двигатели с постоянными магнитами требуют специальных приводов для переключения скоростей, таких как трехкристальный сервопривод S3000B.
В соответствии с требованиями различного промышленного и сельскохозяйственного производственного оборудования, моторный привод делится на три типа: привод с фиксированной скоростью, привод с регулированием скорости и привод с прецизионным управлением.
1, привод с фиксированной скоростью
В промышленном и сельскохозяйственном производстве используется большое количество производственного оборудования, которое требует непрерывной работы в одном направлении с примерно постоянными скоростями, например, вентиляторы, насосы, компрессоры и обычные станки. В прошлом большинство этих машин приводилось в движение трехфазными или однофазными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели имеют низкую стоимость, простую конструкцию и просты в обслуживании, и очень подходят для управления такими машинами. Тем не менее, асинхронный двигатель имеет низкий КПД, низкий коэффициент мощности и большие потери, и этот тип двигателя имеет большую площадь поверхности, поэтому при использовании расходуется большое количество электроэнергии. Во-вторых, большое количество вентиляторов и насосов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве, часто должны регулировать скорость потока, обычно путем регулировки демпфера и клапана, который расходует много электроэнергии. Начиная с 1970, люди использовали инверторы для регулировки скорости асинхронных двигателей в вентиляторах и насосах, чтобы отрегулировать их расход, и достигли значительной экономии энергии. Однако стоимость инвертора ограничивает его использование, и низкая эффективность самого асинхронного двигателя все еще существует.
Например, в бытовых компрессорах для кондиционирования воздуха первоначально использовались однофазные асинхронные двигатели, и их работа контролировалась переключением, а диапазон изменения шума и высокой температуры был недостаточным. В начале 1990 японская корпорация Toshiba впервые применила регулирование частоты вращения асинхронного двигателя в системе управления компрессором. Преимущества частотного преобразования скорости регулирования способствовали развитию инверторного кондиционера. В последние годы японские компании Hitachi, Sanyo и другие компании начали использовать бесщеточные двигатели с постоянными магнитами вместо управления частотой асинхронного двигателя, что значительно повышает эффективность, обеспечивает лучшую экономию энергии и дальнейшее снижение шума при той же номинальной мощности и номинальной скорости. Далее, объем и масса однофазного асинхронного двигателя равны 100%, а объем бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами равен 38.6%, вес равен 34.8%, количество меди равно 20.9%, а количество железа это 36.5%. Больше чем 10%, а скорость удобная, цена эквивалентна асинхронному контролю частоты двигателя. Применение бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами в кондиционере способствует модернизации кондиционера.
2, привод управления скоростью
Работающих машин достаточно много, и их скорость движения должна быть произвольно установлена и отрегулирована, но требования к точности управления скоростью не очень высоки. Такие приводные системы находят широкое применение в упаковочном, пищевом, печатном, погрузочно-разгрузочном оборудовании, текстильном оборудовании и транспортных средствах. Наиболее используемой в данной области применения для регулирования скорости является система управления скоростью двигателя постоянного тока. После разработки технологии силовой электроники и технологии управления в 1970, регулирование частоты вращения асинхронного двигателя быстро проникло в область применения оригинальной системы управления скоростью постоянного тока. , Это связано с тем, что, с одной стороны, цена системы управления скоростью вращения асинхронного двигателя сравнима с ценой системы управления скоростью постоянного тока. С другой стороны, асинхронный двигатель имеет простой производственный процесс, высокую эффективность и меньше меди для двигателя той же мощности, что и двигатель постоянного тока. Преимущества удобного обслуживания и тд. Поэтому регулирование скорости преобразования частоты асинхронного двигателя быстро заменило систему регулирования скорости постоянного тока во многих случаях.
3, прецизионный привод
1 Высокоточная система сервоуправления
Серводвигатели играют важную роль в управлении работой промышленной автоматики. Требования к эксплуатационным характеристикам серводвигателей также различны. В практических применениях серводвигатели имеют различные способы управления, такие как управление крутящим моментом / управление током, управление скоростью, управление положением и тому подобное. Система сервомоторов также имеет опыт работы с сервосистемой постоянного тока, сервосистемой переменного тока, системой привода с шаговым двигателем и до недавнего времени наиболее привлекательной сервосистемой переменного тока с постоянными магнитами. Большая часть импортного оборудования для автоматизации, оборудования для автоматической обработки и роботов, импортированных в последние годы, использует сервосистему переменного тока с синхронным двигателем с постоянными магнитами.
2 Синхронный двигатель с постоянными магнитами в информационных технологиях
В настоящее время информационные технологии высоко развиты, а также различная компьютерная периферия и оборудование для автоматизации делопроизводства. Спрос на микродвигатели с ключевыми компонентами высок, а требования к точности и производительности становятся все выше и выше. Требования к таким микромоторам: миниатюризация, разжижение, высокая скорость, длительный срок службы, высокая надежность, низкий уровень шума и вибрации, а требования к точности особенно высоки.
Синхронный двигатель с постоянными магнитами - это синхронный двигатель, который генерирует синхронное вращающееся магнитное поле при возбуждении от постоянного магнита. Постоянный магнит действует как ротор, генерирующий вращающееся магнитное поле. Трехфазная обмотка статора проходит через реакцию якоря под действием вращающегося магнитного поля, чтобы вызвать трехфазный симметричный ток.
В это время кинетическая энергия ротора преобразуется в электрическую энергию, а синхронный двигатель с постоянным магнитом используется в качестве генератора. Кроме того, когда сторона статора подключена к трехфазному симметричному току, поскольку трехфазный статор отличается на 120 в пространственном положении, трехфазный статорный ток находится в пространстве. Вращающееся магнитное поле создается, и вращающееся магнитное поле ротора подвергается действию электромагнитной силы. В это время электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию, а синхронный двигатель с постоянными магнитами используется в качестве двигателя.
Способ работы:
1. Несколько способов для генератора получить ток возбуждения
1) Режим возбуждения источника питания генератора постоянного тока
Этот тип генератора возбуждения имеет специальный генератор постоянного тока. Этот специальный генератор постоянного тока называется возбудителем постоянного тока. Возбудитель, как правило, коаксиален с генератором. Обмотка возбуждения генератора проходит через контактное кольцо, установленное на большом валу. И неподвижная щетка получает постоянный ток от возбудителя. Этот режим возбуждения обладает преимуществами независимого тока возбуждения, надежной работы и сниженного потребления электроэнергии самообслуживания. Это основной режим возбуждения генераторов за последние несколько десятилетий и имеет зрелый опыт эксплуатации. Недостатком является то, что скорость регулировки возбуждения является низкой, а рабочая нагрузка на обслуживание велика, поэтому она редко используется в устройствах выше 10MW.
2) Режим возбуждения источника питания переменного тока
Некоторые современные генераторы большой мощности используют возбудитель для обеспечения тока возбуждения. Возбудитель переменного тока также установлен на большом валу генератора. Выход переменного тока выпрямляется и подается на ротор генератора для возбуждения. В это время режим возбуждения генератора относится к режиму возбуждения, и из-за устройства статического выпрямления он также называется. Для возбуждения статического возбуждения вторичный возбудитель переменного тока обеспечивает ток возбуждения. Вторичный возбудитель переменного тока может быть устройством измерения постоянного магнита или генератором переменного тока, имеющим самовозбуждающееся устройство постоянного напряжения. Чтобы улучшить скорость регулирования возбуждения, возбудитель переменного тока обычно использует генератор средней частоты 100-200 Гц, в то время как вспомогательный возбудитель переменного тока использует генератор промежуточной частоты 400-500 Гц. Обмотка возбуждения постоянного тока и трехфазная обмотка переменного тока генератора намотаны в паз статора. Ротор имеет только зубцы и прорези, но без обмоток, как шестерня. Следовательно, он не имеет вращающихся частей, таких как щетки и контактные кольца, и имеет надежную работу. Полезная модель обладает преимуществами простой структуры, удобного производственного процесса и тому подобного. Недостатком является то, что шум велик, а гармоническая составляющая потенциала переменного тока также велика.
3) Режим возбуждения возбудителя
В режиме возбуждения специальный возбудитель не предусмотрен, и мощность возбуждения получается от самого генератора, а затем выпрямляется и затем подается на сам генератор для возбуждения, которое называется статическим возбуждением с самовозбуждением. Самовозбуждение статического возбуждения можно разделить на самовозбуждение и самовозбуждение. Режим самовозбуждения Он получает ток возбуждения через выпрямительный трансформатор, подключенный к выходу генератора, и подает его в генератор для возбуждения после выпрямления. Этот режим возбуждения имеет преимущества простой структуры, меньше оборудования, меньше инвестиций и меньше обслуживания. В дополнение к выпрямлению и преобразованию, режим самовозбуждения также имеет трансформатор тока большой мощности, соединенный последовательно с цепью статора генератора. Функция этого трансформатора состоит в том, чтобы подавать большой ток возбуждения на генератор в случае короткого замыкания, чтобы компенсировать нехватку выходного трансформатора выпрямителя. Этот способ возбуждения имеет два типа источников энергии возбуждения: источник напряжения, полученный с помощью выпрямительного трансформатора, и источник тока, полученный с помощью последовательного трансформатора.
