Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là gì và hoạt động của nó

Trong hệ thống điện, động cơ đồng bộ là động cơ xoay chiều 3 pha trạng thái ổn định được sử dụng rộng rãi nhất, biến năng lượng điện thành cơ năng. Loại động cơ này hoạt động ở tốc độ đồng bộ không đổi và nó đồng bộ với tần số nguồn cung cấp và chu kỳ quay bằng tích phân số. của các chu kỳ AC. Điều đó có nghĩa là tốc độ của động cơ bằng từ trường quay. Loại động cơ này chủ yếu được sử dụng trong hệ thống năng lượng để cải thiện hệ số công suất. Có các loại động cơ đồng bộ không kích từ và một chiều kích từ, hoạt động theo công suất từ ​​của động cơ. Động cơ điện cảm, động cơ trễ và động cơ nam châm vĩnh cửu là những động cơ đồng bộ không kích thích. Bài viết này nói về hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là gì?

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là một trong những loại động cơ đồng bộ xoay chiều, trong đó trường được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu tạo ra EMF ngược hình sin. Nó chứa một rôto và stato giống như của một động cơ cảm ứng , nhưng nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm rôto để tạo ra từ trường. Do đó, không cần phải quấn quanh trường rôto . Nó còn được gọi là động cơ sóng sin vĩnh cửu 3 pha không chổi than. Các sơ đồ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được hiển thị bên dưới.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Lý thuyết động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu rất hiệu quả, không chổi than, tốc độ rất nhanh, an toàn và cho hiệu suất động lực học cao so với các động cơ thông thường. Nó tạo ra mô-men xoắn mượt mà, tiếng ồn thấp và chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng tốc độ cao như người máy . Là động cơ đồng bộ xoay chiều 3 pha chạy ở tốc độ đồng bộ với nguồn xoay chiều được cấp.

Thay vì sử dụng dây quấn cho rôto, nam châm vĩnh cửu được gắn để tạo ra từ trường quay. Vì không có nguồn DC, những các loại động cơ rất đơn giản và ít chi phí. Nó chứa một stato với 3 cuộn dây được lắp trên đó và một rôto có gắn nam châm vĩnh cửu để tạo ra các cực trường. Nguồn điện xoay chiều đầu vào 3 pha được cấp cho stato để bắt đầu hoạt động.

Nguyên tắc làm việc

Các nguyên lý làm việc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tương tự như động cơ đồng bộ. Nó phụ thuộc vào từ trường quay mà tạo ra suất điện động ở tốc độ đồng bộ. Khi cuộn dây stato được cấp điện bằng cách cung cấp cho nguồn điện 3 pha, một từ trường quay được tạo ra giữa các khe hở không khí.

Điều này tạo ra mômen khi các cực của trường rôto giữ từ trường quay ở tốc độ đồng bộ và rôto quay liên tục. Vì các động cơ này không phải là động cơ tự khởi động, nên cần cung cấp nguồn điện tần số thay đổi.

EMF và phương trình mô-men xoắn

Trong máy điện đồng bộ, EMF cảm ứng trung bình trên mỗi pha được gọi là cảm ứng động EMF trong động cơ đồng bộ, từ thông bị cắt bởi mỗi dây dẫn trên mỗi vòng quay là Pϕ Weber
Sau đó, thời gian cần thiết để hoàn thành một vòng quay là 60 / N giây

EMF trung bình gây ra cho mỗi dây dẫn có thể được tính toán bằng cách sử dụng

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Ở đâu Tph = Zph / 2

Do đó, EMF trung bình mỗi pha là,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Trường hợp Tph = không. Số lượt được kết nối trong chuỗi mỗi pha

ϕ = thông lượng / cực trong weber

P = không. Của các cực

F = tần số tính bằng Hz

Zph = không. Của các dây dẫn mắc nối tiếp mỗi pha. = Zph / 3

Phương trình EMF phụ thuộc vào các cuộn dây và dây dẫn trên stato. Đối với động cơ này, hệ số phân phối Kd và hệ số bước Kp cũng được xem xét.

Vì thế, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

Phương trình mômen của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cho là,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Kiểm soát mô-men xoắn trực tiếp của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Để điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, chúng tôi sử dụng các loại hệ thống điều khiển . Tùy thuộc vào nhiệm vụ, kỹ thuật điều khiển cần thiết được sử dụng. Các phương pháp điều khiển khác nhau của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là,

Thể loại hình sin

• Vô hướng
• Vectơ: Điều khiển hướng trường (FOC) (có và không có cảm biến vị trí)
• Kiểm soát mô-men xoắn trực tiếp

Danh mục hình thang

• Vòng lặp mở
• Vòng kín (có và không có cảm biến vị trí)

Công nghệ điều khiển mô-men xoắn trực tiếp của động cơ này là một mạch điều khiển rất đơn giản với hiệu suất động lực học hiệu quả và phạm vi điều khiển tốt. Nó không yêu cầu bất kỳ cảm biến vị trí nào cho rôto. Nhược điểm chính của việc sử dụng phương pháp điều khiển này là nó tạo ra mô-men xoắn cao và dòng điện gợn sóng.

Xây dựng

Các cấu tạo động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tương tự như động cơ đồng bộ cơ bản, nhưng sự khác biệt duy nhất là với rôto. Rôto không có bất kỳ cuộn dây trường nào, nhưng nam châm vĩnh cửu được sử dụng để tạo ra các cực trường. Các nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong PMSM được tạo thành từ samarium-coban và trung bình, sắt và boron vì độ từ thẩm của chúng cao hơn.

Nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi nhất là neodymium-boron-iron vì chi phí hiệu quả và dễ sử dụng. Trong loại này, các nam châm vĩnh cửu được gắn trên rôto. Căn cứ vào cách lắp nam châm vĩnh cửu trên rôto, người ta chia cấu tạo của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thành hai loại. Họ đang,

PMSM gắn trên bề mặt

Trong cấu tạo này, nam châm được gắn trên bề mặt của rôto. Nó phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao, vì nó không mạnh mẽ. Nó cung cấp một khe hở không khí đồng nhất vì độ từ thẩm của nam châm vĩnh cửu và khe hở không khí là như nhau. Không có mô-men xoắn miễn cưỡng, hiệu suất năng động cao và phù hợp với các thiết bị tốc độ cao như rô bốt và ổ đĩa công cụ.

Bề mặt được gắn

PMSM chôn hoặc PMSM nội thất

Trong kiểu cấu tạo này, nam châm vĩnh cửu được nhúng vào rôto như trong hình dưới đây. Nó phù hợp với các ứng dụng tốc độ cao và mạnh mẽ. Mômen cản là do độ mặn của động cơ.

PMSM chôn

Hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu rất đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả so với các động cơ thông thường. Sự làm việc của PMSM phụ thuộc vào từ trường quay của stato và từ trường không đổi của rôto. Nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm rôto để tạo ra từ thông không đổi, hoạt động và khóa ở tốc độ đồng bộ. Các loại động cơ này tương tự như động cơ DC không chổi than.

Các nhóm phasor được hình thành bằng cách nối các cuộn dây của stato với nhau. Các nhóm phasor này được liên kết với nhau để tạo thành các kết nối khác nhau như một ngôi sao, Delta, pha đôi và pha đơn. Để giảm điện áp hài, các cuộn dây phải được quấn với nhau trong thời gian ngắn.

Khi cấp nguồn xoay chiều 3 pha vào stato sẽ tạo ra từ trường quay và từ trường không đổi do nam châm vĩnh cửu của rôto sinh ra. Rôto này hoạt động đồng bộ với tốc độ đồng bộ. Toàn bộ sự làm việc của PMSM phụ thuộc vào khe hở không khí giữa stato và rôto khi không tải.

Nếu khe hở không khí lớn, thì tổn thất do gió của động cơ sẽ giảm. Các cực trường tạo bởi nam châm vĩnh cửu là cực nổi. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không phải là động cơ tự khởi động. Vì vậy, cần phải điều khiển tần số biến đổi của stato bằng điện tử.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh viễn so với BLDC

Sự khác biệt giữa động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và BLDC ( động cơ DC không chổi than ) bao gồm những điều sau đây.

Ưu điểm

Các ưu điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bao gồm,

• cung cấp hiệu quả cao hơn ở tốc độ cao
• có sẵn với kích thước nhỏ với các gói khác nhau
• bảo trì và lắp đặt rất dễ dàng hơn so với động cơ cảm ứng
• có khả năng duy trì mô-men xoắn đầy đủ ở tốc độ thấp.
• hiệu quả và độ tin cậy cao
• cho mô-men xoắn mượt mà và hiệu suất năng động

Nhược điểm

Nhược điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là,

• Loại động cơ này rất đắt khi so sánh với động cơ cảm ứng
• Phần nào đó khó khởi động vì chúng không phải là động cơ tự khởi động.

Các ứng dụng

Các ứng dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là,

• Máy điều hoà
• Tủ lạnh
• Máy nén AC
• Máy giặt truyền động trực tiếp
• Tay lái trợ lực điện ô tô
• Công cụ máy móc
• Hệ thống công suất lớn để cải thiện hệ số công suất dẫn đầu và tụt hậu
• Kiểm soát lực kéo
• Các đơn vị lưu trữ dữ liệu.
• Ổ đĩa servo
• Các ứng dụng công nghiệp như robot, hàng không vũ trụ và nhiều ứng dụng khác.

Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu - định nghĩa, làm việc, nguyên lý làm việc, sơ đồ, cấu tạo, ưu nhược điểm, ứng dụng, emf, và phương trình mômen. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, 'Mục đích của việc sử dụng nam châm vĩnh cửu trong động cơ đồng bộ là gì?