O motor síncrono CC de ímã permanente é diferente da estrutura do motor de escova que aprendemos no livro. Ele usa o enrolamento da bobina como estator e o ímã permanente como rotor. O ímã permanente é feito principalmente de material magnético de neodímio ferro e boro e, como contém terras raras, o custo é muito alto. Felizmente, o estilo chinês é um país com um conteúdo muito alto de terras raras no mundo, portanto o desenvolvimento vigoroso de veículos elétricos não comprometerá a segurança nacional. 钕 O magnetismo pode ser familiar para muitos amigos que tocam áudio. Se o alto-falante for feito de neodímio, suas propriedades magnéticas serão muito altas, o que significa que um pequeno volume pode emitir um som alto e requer alta potência. O baixo que pode ser pressionado pode ser chocante. Portanto, o uso do ímã de neodímio como um ímã permanente no motor também aumentará bastante a densidade de potência do motor, reduzindo o volume e o peso.
O estator de um motor síncrono CC de ímã permanente é composto por enrolamentos trifásicos. Portanto, o rotor não é energizado e a corrente é ligada pelo estator. É necessário um campo magnético rotativo para fazer o motor girar. Como o rotor já é um ímã permanente e seu nível magnético é fixo, o campo magnético rotativo pode ser gerado apenas pelos enrolamentos do estator.
Vantagens de desempenho do motor síncrono CC de ímã permanente
Como a bateria do veículo gera energia CC de alta tensão, o motor síncrono CC de ímã permanente não requer um inversor de alta potência para converter a energia CC em energia CA senoidal, em comparação com o motor assíncrono CA. Afinal, esse processo de conversão causa um certo grau de perda de energia elétrica. Portanto, a este respeito, o motor síncrono CC de ímã permanente melhora a eficiência do uso da bateria.
O rotor adota uma estrutura de ímã permanente, de modo que o próprio rotor possui um campo magnético e não precisa gerar um campo magnético por uma corrente induzida adicional, como um motor assíncrono CA. Ou seja, o rotor não precisa de eletricidade para gerar magnetismo; portanto, o consumo de energia é menor que o do motor assíncrono CA.
Depois de usar terras raras como um material magnético alto, o peso do rotor é reduzido e a densidade de potência do motor é aprimorada. Portanto, na mesma situação de energia, o motor síncrono CC de ímã permanente é mais leve e menor em tamanho, e a velocidade de resposta do rotor é mais rápida.
O motor síncrono com ímã permanente pode montar integralmente o motor no eixo para formar um sistema de acionamento direto integral, ou seja, um eixo é uma unidade de acionamento, eliminando uma caixa de engrenagens. As características dos motores síncronos com ímã permanente são principalmente as seguintes:
O PMSM (1) possui alta eficiência de energia e alto fator de potência;
O PMSM (2) possui baixa geração de calor; portanto, o sistema de refrigeração do motor possui uma estrutura simples, pequeno volume e baixo ruído;
(3) O sistema adota uma estrutura totalmente fechada, sem desgaste das engrenagens de transmissão, sem ruído nas engrenagens de transmissão, sem lubrificação, sem manutenção;
(4) A corrente de sobrecarga permitida pelo PMSM é grande e a confiabilidade é significativamente aprimorada;
(5) Todo o sistema de transmissão é leve e o peso não suspenso é mais leve que o da transmissão convencional por eixo, e a potência por unidade de peso é grande;
(6) Como não há caixa de velocidades, o sistema de bogie pode ser projetado livremente: como um bogie macio e um bogie de eixo único, o desempenho dinâmico do trem é bastante aprimorado.
Ao alterar a corrente de excitação do gerador, geralmente não é realizada diretamente no circuito do rotor, porque a corrente no circuito é grande e não é conveniente realizar o ajuste direto. O método comumente usado é alterar a corrente de excitação do excitador para alcançar a regulação do gerador. O objetivo da corrente do rotor. Métodos comuns incluem alteração da resistência do circuito de excitação do excitador, alteração da corrente de excitação adicional do excitador, alteração do ângulo de condução do tiristor, etc.
Qual é a relação entre motores sem escova CC e motores síncronos com ímã permanente?
Nos motores CC sem escova, os pólos do rotor são geralmente feitos de aço magnético do tipo telha. Através do projeto do circuito magnético, é possível obter a densidade magnética do espaço aéreo das ondas trapezoidais. Os enrolamentos do estator são principalmente concentrados e integrados, de modo que a força eletromotriz induzida é trapezoidal. O controle do motor CC sem escova requer feedback das informações de posição. Ele deve ter um sensor de posição ou uma técnica de estimativa sem sensor de posição para formar um sistema de controle de velocidade auto-controlado. Ao controlar, as correntes de fase também são controladas o máximo possível por ondas quadradas, e a tensão de saída do inversor pode ser controlada de acordo com o método PWM do motor CC escovado. Em essência, o motor CC sem escova também é um tipo de motor síncrono com ímã permanente, e a regulação de velocidade na verdade pertence à categoria de regulação de velocidade de frequência variável de tensão variável.
De um modo geral, um motor síncrono de ímã permanente possui um enrolamento trifásico estator distribuído e um rotor de ímã permanente, e a forma de onda da força eletromotriz induzida é sinusoidal na estrutura do circuito magnético e na distribuição do enrolamento, e a tensão e a corrente aplicadas do estator também devem ser ondas sinusoidais, geralmente confiando na transformação da tensão CA. O inversor fornece. O sistema de controle de motor síncrono com ímã permanente geralmente adota o tipo de autocontrole e também precisa de informações de feedback de posição. Pode adotar controle vetorial (controle de direção de campo) ou estratégia de controle avançado de controle direto de torque.
A diferença entre os dois pode ser considerada como o conceito de design causado pelo controle de onda quadrada e onda senoidal.
O princípio do motor sem escova CC é o mesmo que o do motor CC com escova de carvão. A DC pode pensar em onda quadrada como a combinação de duas correntes diretas com direções diferentes (não sobrepostas), uma será positiva, uma será negativa, somente desta maneira. A corrente pode fazer com que a armadura do motor continue a girar. De fato, se a corrente da armadura no motor DC escovado for a mesma que essa corrente
Características relacionadas
1, regulação de tensão
O ajuste automático do sistema de excitação pode ser visto como um sistema de controle de feedback negativo com tensão como a quantidade a ser ajustada. A corrente de carga reativa é a principal causa da queda de tensão no terminal do gerador. Quando a corrente de excitação é constante, a tensão terminal do gerador diminui à medida que a corrente reativa aumenta. No entanto, para atender aos requisitos de qualidade de energia do usuário, a tensão terminal do gerador deve permanecer basicamente a mesma. A maneira de atingir esse requisito é ajustar a corrente de excitação do gerador com a mudança da corrente reativa.
2. Ajuste de potência reativa:
Quando o gerador e o sistema são operados em paralelo, pode-se considerar operar com o barramento da fonte de alimentação infinita de grande capacidade. A corrente de excitação do gerador deve ser alterada e o potencial induzido e a corrente do estator também mudam. Neste momento, a corrente reativa do gerador também muda. Quando o gerador é operado em paralelo com um sistema de capacidade infinita, para alterar a potência reativa do gerador, a corrente de excitação do gerador deve ser ajustada. A corrente de excitação do gerador que é alterada no momento não é a chamada "regulação", mas apenas altera a potência reativa que é enviada ao sistema.
3. Distribuição da carga reativa:
Os geradores que operam em paralelo são distribuídos proporcionalmente com corrente reativa de acordo com suas respectivas capacidades nominais. Os geradores de grande capacidade devem suportar mais carga reativa, enquanto os menores fornecem menos carga reativa. Para realizar a distribuição automática de carga reativa, a corrente de excitação da regulação automática de alta tensão pode ser usada para alterar a corrente de excitação do gerador para manter a tensão terminal constante, e a inclinação da característica de regulação da tensão do gerador pode ser ajustado para realizar a operação paralela do gerador. Distribuição razoável de carga reativa.
A diferença entre o motor síncrono com ímã permanente e o motor DC sem escova
Geralmente, quando o motor CC sem escova é projetado, o campo magnético do espaço aéreo é de onda quadrada (onda trapezoidal) e a parte superior plana é a mais plana possível. Portanto, na seleção do logaritmo do polo, geralmente é selecionado um enrolamento concentrado de slot inteiro, como um slot 4 de polo 12, e o aço magnético é geralmente um anel concêntrico em forma de leque, magnetizado radialmente. Geralmente é equipado com um sensor Hall para detectar a posição e a velocidade. O método de condução geralmente é um acionamento de onda quadrada de seis etapas para ocasiões em que a exigência de posição não é muito alta;
A sincronização do ímã permanente é um espaço de ar sinusoidal, melhor o sinusoidal, de modo que o enrolamento fracionário do slot é selecionado no logaritmo do polo, como o slot 4 de polo 15, o slot 10 de polo 12, o slot XNUMX de polo XNUMX, etc. O aço magnético geralmente tem a forma de pão , magnetização paralela e o sensor geralmente configura codificador incremental, resolvedor, codificador absoluto, etc. O modo Drive i geralmente é acionado por onda senoidal, como o algoritmo FOC. Para aplicações servo.
Você pode distinguir entre estruturas internas, sensores, drivers e aplicativos. Esse tipo de motor também pode ser usado de forma intercambiável, mas prejudicará o desempenho. Para a maioria das formas de onda de folga de ar, existe um motor de ímã permanente entre os dois, dependendo principalmente do modo de acionamento. .
A velocidade do motor CC sem escova do ímã permanente pode ser alterada. Os motores síncronos de ímã permanente requerem acionamentos especiais para alterar as velocidades, como o servoconversor S3000B de três cristais.
De acordo com os requisitos de diferentes máquinas de produção industrial e agrícola, o acionamento do motor é dividido em três tipos: acionamento de velocidade fixa, acionamento de controle de velocidade e acionamento de controle de precisão.
1, transmissão de velocidade fixa
Há um grande número de máquinas de produção na produção industrial e agrícola que requerem operação contínua em uma única direção a velocidades aproximadamente constantes, como ventiladores, bombas, compressores e máquinas-ferramentas em geral. No passado, a maioria dessas máquinas era acionada por motores assíncronos trifásicos ou monofásicos. Motores assíncronos são de baixo custo, estrutura simples e fáceis de manter, e são muito adequados para acionar essas máquinas. No entanto, o motor assíncrono tem baixa eficiência, baixo fator de potência e grandes perdas, e esse tipo de motor possui uma grande área de superfície, portanto, uma grande quantidade de energia elétrica é desperdiçada em uso. Em segundo lugar, o grande número de ventiladores e bombas usados na indústria e na agricultura geralmente precisa ajustar sua taxa de fluxo, geralmente ajustando o amortecedor e a válvula, que desperdiçam muita energia elétrica. Desde os 1970s, as pessoas usavam inversores para ajustar a velocidade de motores assíncronos em ventiladores e bombas para ajustar sua vazão e obter consideráveis economias de energia. No entanto, o custo do inversor limita seu uso, e a baixa eficiência do próprio motor assíncrono ainda existe.
Por exemplo, os compressores de ar condicionado doméstico originalmente usavam motores assíncronos monofásicos, e sua operação era controlada por comutação, e a faixa de variação de ruído e alta temperatura era insuficiente. No início dos 1990s, a Toshiba Corporation do Japão adotou pela primeira vez a regulação de velocidade de frequência variável do motor assíncrono no controle do compressor. As vantagens da regulação da velocidade de conversão de frequência promoveram o desenvolvimento do ar condicionado do inversor. Nos últimos anos, a Hitachi, a Sanyo e outras empresas do Japão começaram a usar motores sem escova de ímã permanente em vez do controle de frequência assíncrono do motor, melhorando significativamente a eficiência, obtendo melhores economias de energia e reduzindo ainda mais o ruído na mesma potência e velocidade nominais. Em seguida, o volume e o peso do motor assíncrono monofásico são 100% e o volume do motor DC sem escova com ímã permanente é 38.6%, o peso é 34.8%, a quantidade de cobre é 20.9% e a quantidade de ferro é 36.5%. Mais de 10%, e a velocidade é conveniente, o preço é equivalente ao controle de frequência do motor assíncrono. A aplicação do motor DC sem escova com ímã permanente no ar condicionado promove a atualização do ar condicionado.
2, controle de velocidade
Existem muitas máquinas em funcionamento, e a velocidade de operação precisa ser arbitrariamente definida e ajustada, mas os requisitos de precisão do controle de velocidade não são muito altos. Esses sistemas de acionamento têm um grande número de aplicações em máquinas de embalagem, máquinas para alimentos, máquinas para impressão, máquinas para manuseio de materiais, máquinas têxteis e veículos de transporte. O mais usado neste tipo de campo de aplicação de regulação de velocidade é o sistema de controle de velocidade do motor CC. Após o desenvolvimento da tecnologia eletrônica de potência e tecnologia de controle nos 1970s, a regulação de velocidade de frequência variável do motor assíncrono rapidamente penetrou no campo de aplicação do sistema original de controle de velocidade CC. . Isso ocorre porque, por um lado, o preço de desempenho do sistema de controle de velocidade de frequência variável do motor assíncrono é comparável ao do sistema de controle de velocidade de CC. Por outro lado, o motor assíncrono possui um processo de fabricação simples, alta eficiência e menos cobre para o mesmo motor de potência que o motor DC. As vantagens da manutenção conveniente e assim por diante. Portanto, a regulação da velocidade de conversão de frequência do motor assíncrona substituiu rapidamente o sistema de regulação de velocidade CC em muitas ocasiões.
3, unidade de controle de precisão
Sistema de controle servo de alta precisão 1
Os servomotores desempenham um papel importante no controle operacional da automação industrial. Os requisitos de desempenho da aplicação dos servomotores também são diferentes. Em aplicações práticas, os servomotores têm vários métodos de controle, como controle de torque / controle de corrente, controle de velocidade, controle de posição e similares. O sistema servo motor também passou por um sistema servo CC, servo CA, sistema de acionamento por motor de passo e, até recentemente, o mais atraente sistema servo CA com motor de ímã permanente. A maioria dos equipamentos de automação importados, equipamentos de processamento automático e robôs importados nos últimos anos adotaram o sistema servo CA do motor síncrono de ímã permanente.
2 Motor síncrono de ímã permanente em tecnologia da informação
Atualmente, a tecnologia da informação é altamente desenvolvida e vários periféricos de computador e equipamentos de automação de escritório também são altamente desenvolvidos. A demanda por micro-motores com componentes-chave é alta e os requisitos de precisão e desempenho estão cada vez mais altos. Os requisitos para esses micromotores são miniaturização, desbaste, alta velocidade, vida útil longa, alta confiabilidade, baixo ruído e baixa vibração, e os requisitos de precisão são particularmente altos.
O motor síncrono de ímã permanente é um motor síncrono que gera um campo magnético rotativo síncrono por excitação de ímã permanente. O ímã permanente atua como um rotor para gerar um campo magnético rotativo. O enrolamento do estator trifásico passa pela reação da armadura sob a ação de um campo magnético rotativo para induzir uma corrente simétrica trifásica.
Nesse momento, a energia cinética do rotor é convertida em energia elétrica, e o motor síncrono de ímã permanente é usado como gerador. Além disso, quando o lado do estator é conectado à corrente simétrica trifásica, uma vez que o estator trifásico difere por 120 na posição espacial, a corrente do estator trifásica fica no espaço. O campo magnético rotativo é gerado e o campo magnético rotativo do rotor é sujeito à ação da força eletromagnética. Nesse momento, a energia elétrica é convertida em energia cinética e o motor síncrono de ímã permanente é usado como motor.
Maneira de trabalhar:
1. Várias maneiras para o gerador obter a corrente de excitação
1) Modo de excitação da fonte de alimentação do gerador DC
Este tipo de gerador de excitação possui um gerador DC dedicado. Este gerador DC especial é chamado de excitador DC. O excitador é geralmente coaxial com o gerador. O enrolamento de excitação do gerador passa por um anel deslizante montado no eixo grande. E a escova fixa recebe corrente contínua do excitador. Este modo de excitação tem as vantagens de corrente de excitação independente, operação confiável e consumo reduzido de eletricidade de uso próprio. É o principal modo de excitação dos geradores nas últimas décadas e possui uma experiência operacional madura. A desvantagem é que a velocidade de ajuste da excitação é lenta e a carga de trabalho de manutenção é grande, portanto raramente é usada em unidades acima do 10MW.
2) Modo de excitação da fonte de alimentação do excitador CA
Alguns geradores modernos de grande capacidade usam um excitador para fornecer corrente de excitação. O excitador CA também é montado no eixo grande do gerador. A saída de corrente CA é retificada e fornecida ao rotor do gerador para excitação. Neste momento, o modo de excitação do gerador pertence ao modo de excitação e, devido ao dispositivo de retificação estática, também é chamado. Para a excitação da excitação estática, o excitador secundário AC fornece a corrente de excitação. O excitador secundário de CA pode ser um dispositivo de medição de ímã permanente ou um alternador com um dispositivo de tensão constante auto-excitante. Para melhorar a velocidade de regulação da excitação, o excitador CA geralmente usa um gerador de frequência média de 100-200 Hz, enquanto o excitador auxiliar CA usa um gerador de frequência intermediária de 400-500 Hz. O enrolamento de excitação CC e o enrolamento CA trifásico do gerador são enrolados no slot do estator. O rotor possui apenas dentes e ranhuras e sem enrolamentos, como uma engrenagem. Portanto, não possui peças rotativas, como escovas e anéis coletores, e possui operação confiável. O modelo de utilidade tem as vantagens de estrutura simples, processo de fabricação conveniente e similares. A desvantagem é que o ruído é grande e o componente harmônico do potencial CA também é grande.
3) Modo de excitação do excitador
No modo de excitação, um excitador especial não é fornecido e a potência de excitação é obtida do próprio gerador e, em seguida, retificada e depois fornecida ao próprio gerador para excitação, denominada excitação estática auto-excitada. A excitação estática auto-excitada pode ser dividida em auto-excitação e auto-re-excitação. Modo de auto-excitação Obtém a corrente de excitação através do transformador retificador conectado à saída do gerador e a fornece ao gerador para excitação após retificação. Este modo de excitação tem as vantagens de estrutura simples, menos equipamento, menos investimento e menos manutenção. Além da retificação e transformação, o modo de auto-re-excitação também possui um transformador de corrente de alta potência conectado em série ao circuito do estator do gerador. A função deste transformador é fornecer uma grande corrente de excitação ao gerador no caso de um curto-circuito para compensar a falta de saída do transformador retificador. Este método de excitação possui dois tipos de fontes de energia de excitação, uma fonte de tensão obtida por um transformador retificador e uma fonte de corrente obtida por um transformador em série.
