Was ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor und seine Funktionsweise?

In einem elektrischen System, Synchronmotoren sind die am häufigsten verwendeten stationären 3-Phasen-Wechselstrommotoren, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Dieser Motortyp arbeitet mit einer Synchrondrehzahl, die konstant ist und mit der Versorgungsfrequenz synchron ist, und die Drehdauer ist gleich dem Integral Nr. von Wechselstromzyklen. Das heißt, die Drehzahl des Motors entspricht dem rotierenden Magnetfeld. Dieser Motortyp wird hauptsächlich in verwendet Energiesysteme um den Leistungsfaktor zu verbessern. Es gibt nicht angeregte und DC-angeregte Synchronmotoren, die entsprechend der magnetischen Leistung des Motors arbeiten. Reluktanzmotoren, Hysteresemotoren und Permanentmagnetmotoren sind die nicht angeregten Synchronmotoren. In diesem Artikel geht es um die Arbeit eines Permanentmagnet-Synchronmotors.

Was ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor?

Die Permanentmagnet-Synchronmotoren sind eine der Arten von AC-Synchronmotoren, bei denen das Feld durch Permanentmagnete angeregt wird, die eine sinusförmige Gegen-EMK erzeugen. Es enthält einen Rotor und einen Stator wie ein Induktionsmotor Es wird jedoch ein Permanentmagnet als Rotor verwendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Feldwicklung weiter aufzuwickeln der Rotor . Es ist auch als bürstenloser 3-Phasen-Permanent-Sinus-Motor bekannt. Das Permanentmagnet-Synchronmotordiagramm wird unten gezeigt.

Permanentmagnet-Synchronmotor

Permanentmagnet-Synchronmotortheorie

Die Permanentmagnet-Synchronmotoren sind sehr effizient, bürstenlos, sehr schnell, sicher und bieten im Vergleich zu herkömmlichen Motoren eine hohe dynamische Leistung. Es erzeugt ein gleichmäßiges Drehmoment, ist geräuscharm und wird hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie z Robotik . Es ist ein 3-Phasen-Wechselstromsynchronmotor, der mit der angelegten Wechselstromquelle synchron läuft.

Anstatt eine Wicklung für den Rotor zu verwenden, werden Permanentmagnete angebracht, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Da es keine Versorgung mit Gleichstromquelle gibt, sind diese Arten von Motoren sind sehr einfach und kostengünstiger. Es enthält einen Stator mit 3 darauf installierten Wicklungen und einen Rotor mit einem Permanentmagneten, der zur Erzeugung von Feldpolen montiert ist. Die 3-Phasen-Wechselstromversorgung wird dem Stator zur Verfügung gestellt, um mit der Arbeit zu beginnen.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip des Permanentmagnet-Synchronmotors ähnelt dem Synchronmotor. Dies hängt vom rotierenden Magnetfeld ab, das bei synchroner Geschwindigkeit eine elektromotorische Kraft erzeugt. Wenn die Statorwicklung durch 3-Phasen-Versorgung erregt wird, wird zwischen den Luftspalten ein rotierendes Magnetfeld erzeugt.

Dies erzeugt das Drehmoment, wenn die Rotorfeldpole das rotierende Magnetfeld mit synchroner Geschwindigkeit halten und der Rotor sich kontinuierlich dreht. Da diese Motoren keine selbststartenden Motoren sind, muss eine Stromversorgung mit variabler Frequenz bereitgestellt werden.

EMF- und Drehmomentgleichung

In einer Synchronmaschine wird die pro Phase induzierte durchschnittliche EMF als dynamisch induzierte EMF in einem Synchronmotor bezeichnet. Der von jedem Leiter pro Umdrehung geschnittene Fluss beträgt Pϕ Weber
Dann beträgt die Zeit, die benötigt wird, um eine Umdrehung durchzuführen, 60 / N Sek

Die pro Leiter induzierte durchschnittliche EMF kann unter Verwendung von berechnet werden

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Wo Tph = Zph / 2

Daher beträgt die durchschnittliche EMF pro Phase:

= 4 x ≤ x Tph x PN / 120 = 4 ≤ fTph

Wobei Tph = nein. Von Windungen in Reihe pro Phase geschaltet

ϕ = flux/pole in weber

P = nein. Von Polen

F = Frequenz in Hz

Zph = nein. Von in Reihe geschalteten Leitern pro Phase. = Zph / 3

Die EMF-Gleichung hängt von den Spulen und den Leitern am Stator ab. Für diesen Motor werden auch der Verteilungsfaktor Kd und der Nickfaktor Kp berücksichtigt.

Daher, E = 4 x ϕ x f x Tph x Kd x Kp

Die Drehmomentgleichung eines Permanentmagnet-Synchronmotors ist gegeben als:

T = (3 · Eph · Iph · sin & bgr;) / & ohgr; m

Direkte Drehmomentregelung des Permanentmagnet-Synchronmotors

Zur Steuerung des Permanentmagnet-Synchronmotors verwenden wir verschiedene Arten von Kontroll systeme . Je nach Aufgabe wird die notwendige Steuerungstechnik angewendet. Die verschiedenen Steuermethoden des Permanentmagnet-Synchronmotors sind:

Sinuskategorie

• Skalar
• Vektor: Feldorientierte Steuerung (FOC) (mit und ohne Positionssensor)
• Direkte Drehmomentregelung

Trapezkategorie

• Offene Schleife
• Geschlossener Regelkreis (mit und ohne Positionssensor)

Die direkte Drehmomentregelungstechnologie dieses Motors ist ein sehr einfacher Regelkreis mit effektiver dynamischer Leistung und gutem Regelbereich. Es ist kein Positionssensor für den Rotor erforderlich. Der Hauptnachteil dieser Steuermethode besteht darin, dass sie ein hohes Drehmoment und eine Stromwelligkeit erzeugt.

Konstruktion

Das Permanentmagnet-Synchronmotorkonstruktion ähnelt dem Basissynchronmotor, der einzige Unterschied besteht jedoch im Rotor. Der Rotor hat keine Feldwicklung, aber die Permanentmagnete werden zur Erzeugung von Feldpolen verwendet. Die im PMSM verwendeten Permanentmagnete bestehen aufgrund ihrer höheren Permeabilität aus Samarium-Kobalt und Medium, Eisen und Bor.

Der am häufigsten verwendete Permanentmagnet ist Neodym-Bor-Eisen aufgrund seiner effektiven Kosten und einfachen Verfügbarkeit. Bei diesem Typ sind die Permanentmagnete am Rotor montiert. Basierend auf der Montage des Permanentmagneten am Rotor wird der Aufbau eines Permanentmagnet-Synchronmotors in zwei Typen unterteilt. Sie sind,

Aufputz-PMSM

Bei dieser Konstruktion ist der Magnet auf der Oberfläche des Rotors montiert. Es ist für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet, da es nicht robust ist. Es bietet einen gleichmäßigen Luftspalt, da die Permeabilität des Permanentmagneten und des Luftspalts gleich ist. Kein Reluktanzdrehmoment, hohe dynamische Leistung und geeignet für Hochgeschwindigkeitsgeräte wie Robotik und Werkzeugantriebe.

Aufputzmontage

Begrabenes PMSM oder Innen-PMSM

Bei dieser Art der Konstruktion ist der Permanentmagnet wie in der folgenden Abbildung gezeigt in den Rotor eingebettet. Es ist für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet und erhält Robustheit. Das Reluktanzdrehmoment ist auf die Ausprägung des Motors zurückzuführen.

Begrabenes PMSM

Funktionsweise des Permanentmagnet-Synchronmotors

Die Arbeit des Permanentmagnet-Synchronmotors ist im Vergleich zu herkömmlichen Motoren sehr einfach, schnell und effektiv. Die Arbeitsweise von PMSM hängt vom rotierenden Magnetfeld des Stators und vom konstanten Magnetfeld des Rotors ab. Die Permanentmagnete werden als Rotor verwendet, um einen konstanten Magnetfluss zu erzeugen, arbeiten und sperren mit synchroner Geschwindigkeit. Diese Motortypen ähneln bürstenlosen Gleichstrommotoren.

Die Zeigergruppen werden durch Verbinden der Wicklungen des Stators miteinander gebildet. Diese Zeigergruppen werden zusammengefügt, um verschiedene Verbindungen wie Stern-, Delta-, Doppel- und Einzelphasen zu bilden. Um Oberschwingungsspannungen zu reduzieren, sollten die Wicklungen kurz miteinander gewickelt werden.

Wenn der Stator mit einer dreiphasigen Wechselstromversorgung versorgt wird, erzeugt er ein rotierendes Magnetfeld und das konstante Magnetfeld wird aufgrund des Permanentmagneten des Rotors induziert. Dieser Rotor arbeitet synchron mit der Synchrondrehzahl. Die gesamte Arbeitsweise des PMSM hängt vom Luftspalt zwischen Stator und Rotor ohne Last ab.

Wenn der Luftspalt groß ist, werden die Luftwiderstandsverluste des Motors verringert. Die vom Permanentmagneten erzeugten Feldpole sind hervorstechend. Die Permanentmagnet-Synchronmotoren sind keine selbststartenden Motoren. Daher ist es notwendig, die variable Frequenz des Stators elektronisch zu steuern.

Permanentmagnet-Synchronmotor gegen BLDC

Die Unterschiede zwischen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) und BLDC ( bürstenlose Gleichstrommotoren ) das Folgende einschließen.

Vorteile

Das Vorteile des Permanentmagnet-Synchronmotors einschließen,

• bietet einen höheren Wirkungsgrad bei hohen Geschwindigkeiten
• In kleinen Größen in verschiedenen Paketen erhältlich
• Wartung und Installation sind sehr einfach als bei einem Induktionsmotor
• in der Lage, das volle Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aufrechtzuerhalten.
• hohe Effizienz und Zuverlässigkeit
• bietet gleichmäßiges Drehmoment und dynamische Leistung

Nachteile

Die Nachteile von Permanentmagnet-Synchronmotoren sind:

• Diese Motortypen sind im Vergleich zu Induktionsmotoren sehr teuer
• Irgendwie schwer zu starten, weil sie keine selbststartenden Motoren sind.

Anwendungen

Die Anwendungen für Permanentmagnet-Synchronmotoren sind:

• Klimaanlagen
• Kühlschränke
• AC-Kompressoren
• Waschmaschinen mit Direktantrieb
• Elektrische Servolenkung für Kraftfahrzeuge
• Werkzeugmaschinen
• Große Stromversorgungssysteme zur Verbesserung des führenden und nacheilenden Leistungsfaktors
• Kontrolle der Traktion
• Datenspeichereinheiten.
• Servoantriebe
• Industrielle Anwendungen wie Robotik, Luft- und Raumfahrt und vieles mehr.

Das ist also alles über eine Übersicht über den Permanentmagnet-Synchronmotor - Definition, Arbeitsweise, Arbeitsprinzip, Diagramm, Konstruktion, Vor- und Nachteile, Anwendungen, EMK und Drehmomentgleichung. Hier ist eine Frage an Sie: „Was ist der Zweck der Verwendung eines Permanentmagneten in Synchronmotoren?