På grund av sin kompakthet och höga vridmomentdensitet används permanentmagnetsynkronmotorer i stor utsträckning i många industriella tillämpningar, särskilt för högpresterande drivsystem som ubåtsframdrivningssystem. Permanentmagnetsynkronmotorer behöver inte använda släpringar för excitation, vilket minskar rotorunderhåll och slitage. Permanentmagnetsynkronmotorer har hög verkningsgrad och är lämpliga för högpresterande drivsystem som CNC-verktygsmaskiner, robotar och automatiska produktionssystem inom industrin.

Generellt måste konstruktionen och konstruktionen av permanentmagnetsynkronmotorer beakta både stator- och rotorstrukturen för att erhålla högpresterande motorer.

Konstruktion av permanentmagnet synkronmotor

Luftgap flödestäthet: Bestäms enligt konstruktionen av asynkronmotorer etc., konstruktionen av permanentmagnetrotorn och de speciella kraven för användning av switchade statorlindningar. Dessutom antas statorn vara en slitsad stator. Luftgapets flödestäthet begränsas av mättnaden av statorkärnan. Speciellt begränsas toppflödestätheten av tandbredden, medan statorns baksida bestämmer det maximala totala flödet.

Den tillåtna mättnadsnivån beror också på applikationen. Vanligtvis har en högeffektiv motor en låg flödestäthet, medan en motor designad för maximal vridmomentdensitet har en hög flödestäthet. Den maximala luftspaltens flödestäthet är vanligtvis i intervallet 0.7–1.1 Tesla. Observera att detta är den totala flödestätheten, som är summan av rotor- och statorflöden. Detta betyder att om ankarets reaktionskraft är mindre betyder det att inriktningsmomentet är högre.

Men för att uppnå ett stort reluktansvridmomentbidrag måste statorreaktionskraften vara stor. Maskinparametrarna visar att en stor m och en liten induktans L huvudsakligen krävs för att erhålla inriktningsmomentet. Detta är i allmänhet lämpligt för drift under bashastighet, eftersom hög induktans minskar effektfaktorn.

Permanent magnetmaterial:

Magneter spelar en viktig roll i många enheter, därför är det viktigt att förbättra egenskaperna hos dessa material, och för närvarande fokuseras uppmärksamheten på material baserade på sällsynta jordartsmetaller och övergångsmetaller för att få permanenta magneter med höga magnetiska egenskaper. Beroende på tekniken har magneter olika magnetiska och mekaniska egenskaper och uppvisar olika korrosionsbeständighet.

Neodymjärnbor (Nd2Fe14B) och samariumkobolt (Sm1Co5 och Sm2Co17) magneter är de mest avancerade kommersiella permanentmagnetmaterialen idag. Inom varje klass av magneter för sällsynta jordartsmetaller finns det en mängd olika kvaliteter. NdFeB-magneter började kommersialiseras i början av 1980-talet. De används i stor utsträckning idag i många olika applikationer. Kostnaden för detta magnetmaterial (beräknad per energiprodukt) är jämförbar med kostnaden för ferritmagneter, och per kilogram kostar NdFeB-magneter cirka 10 till 20 gånger mer än ferritmagneter.

Några viktiga egenskaper som används för att jämföra permanentmagneter är remanens (Mr), som mäter styrkan hos en permanentmagnets magnetfält, koercivitet (Hcj), ett materials förmåga att motstå avmagnetisering, energiprodukt (BHmax), magnetisk densitetsenergi; Curie Temperature (TC), den temperatur vid vilken materialet förlorar sin magnetism. Neodymmagneter har högre remanens, högre koercitivkraft och energiprodukt, men generellt lägre Curie-temperaturtyper, neodym och terbium och dysprosium för att bibehålla sina magnetiska egenskaper vid höga temperaturer.

Permanent Magnet Synchronous Motor Design

Vid konstruktionen av en permanentmagnet synkronmotor (PMSM) är konstruktionen av permanentmagnetrotorn baserad på statorramen hos en trefasinduktionsmotor utan att geometrin hos statorn och lindningarna ändras. Specifikationer och geometri inkluderar motorhastighet, frekvens, antal poler, statorlängd, inre och yttre diametrar och antal rotorslitsar. Utformningen av den permanentmagnetiska synkronmotorn inkluderar kopparförlust, bakre elektromotorisk kraft, järnförlust och självinduktans, ömsesidig induktans, magnetiskt flöde, statorresistans, etc.

Beräkning av själv- och ömsesidig induktans:

Induktansen L kan definieras som förhållandet mellan flödeskopplingen och strömmen I som producerar flödet i henries (H), lika med Weber per ampere. En induktor är en enhet som används för att lagra energi i ett magnetfält, liknande hur en kondensator lagrar energi i ett elektriskt fält. En induktor består vanligtvis av en spole, vanligtvis lindad runt en ferrit- eller ferromagnetisk kärna, och dess induktansvärde är endast relaterat till den fysiska strukturen hos ledaren och permeabiliteten hos materialet genom vilket det magnetiska flödet passerar.

Stegen för att hitta induktansen är som följer: 1. Antag att det finns en ström I i ledaren. 2. Använd Biot-Savarts lag eller Amperes looplag (om tillgänglig) för att fastställa att B är tillräckligt symmetrisk. 3. Beräkna det totala flödet som förbinder alla slingor. 4. Multiplicera det totala magnetiska flödet med antalet kretsar för att erhålla flödeslänkningen och designa permanentmagnetens synkronmotor genom utvärdering av de nödvändiga parametrarna.

Studien fann att utformningen av att använda NdFeB som växelströms permanentmagnetrotormaterial ökar det magnetiska flödet som genereras i luftgapet, vilket resulterar i en minskning av statorns inre radie, medan statorns inre radie använder samariumkobolt permanent magnetrotormaterialet är större. Resultaten visar att den effektiva kopparförlusten i NdFeB minskar med 8.124 %. För samariumkobolt som permanentmagnetmaterial kommer det magnetiska flödet att vara en sinusformad variation. Generellt måste konstruktionen och konstruktionen av permanentmagnetsynkronmotorer beakta både stator- och rotorstrukturen för att erhålla högpresterande motorer.

Sammanfattningsvis

Permanentmagnetsynkronmotorn ( PMSM ) är en synkronmotor som använder högmagnetiska material för magnetisering. Den har egenskaper som hög effektivitet, enkel struktur och enkel styrning. Denna typ av permanentmagnetsynkronmotor har tillämpningar inom flera områden som traktion, fordonsindustrin, robotteknik och flyg- och rymdteknik. Effekttätheten hos permanentmagnetsynkronmotorer är högre än hos induktionsmotorer med samma klassificering eftersom det inte finns någon statorkraft dedikerad till att generera magnetfält.

För närvarande kräver utformningen av den permanentmagnetiska synkronmotorn inte bara mer kraft utan kräver också lägre massa och mindre tröghetsmoment.