Vad är en Permanent Magnet Synchronous Motor & Its Working

I ett elektriskt system, synkronmotorer är de mest använda steady-state 3-fas växelströmsmotorerna, som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi. Denna typ av motor arbetar med synkron hastighet, vilken är konstant och den är synkron med matningsfrekvensen och rotationsperioden är lika med integralt nr. AC-cykler. Det betyder att motorns hastighet är lika med det roterande magnetfältet. Denna typ av motor används främst i kraftsystem för att förbättra effektfaktorn. Det finns icke-exciterade och DC-exciterade synkronmotorer, som arbetar enligt motorns magnetiska effekt. Motståndsmotorer, hysteresmotorer och permanentmagnetmotorer är de icke-exciterade synkronmotorerna. Denna artikel handlar om arbetet med en synkronmotor med permanentmagnet.

Vad är en Permanent Magnet Synchronous Motor?

Synkronmotorerna med permanentmagnet är en av typerna av växelströmsmotorer, där fältet exciteras av permanentmagneter som genererar sinusformad EMF. Den innehåller en rotor och stator samma som en induktionsmotor , men en permanentmagnet används som en rotor för att skapa ett magnetfält. Därför finns det inget behov av att linda fältlindning på rotorn . Det är också känt som en 3-fas borstlös permanent sinusmotor. De permanentmagnet-synkronmotordiagram visas nedan.

Permanent magnet synkronmotor

Permanent magnet synkron motorteori

Synkronmotorerna med permanentmagnet är mycket effektiva, borstlösa, mycket snabba, säkra och ger hög dynamisk prestanda jämfört med konventionella motorer. Det ger jämnt vridmoment, låg ljudnivå och används främst för höghastighetsapplikationer som robotik . Det är en 3-fas AC-synkronmotor som går med synkron hastighet med den applicerade växelströmskällan.

I stället för att använda lindning för rotorn monteras permanentmagneter för att skapa ett roterande magnetfält. Eftersom det inte finns någon leverans av likströmskälla, dessa typer av motorer är mycket enkla och billigare. Den innehåller en stator med tre lindningar installerade på den och en rotor med en permanentmagnet monterad för att skapa fältstolpar. 3-fas ingångs växelströmförsörjning ges till statorn för att börja arbeta.

Arbetsprincip

De permanentmagnetisk synkronmotorns arbetsprincip liknar den synkrona motorn. Det beror på det roterande magnetfältet som genererar elektromotorisk kraft vid synkron hastighet. När statorlindningen aktiveras genom att ge 3-fasmatningen skapas ett roterande magnetfält mellan luftspalterna.

Detta producerar vridmomentet när rotorfältpolerna håller det roterande magnetfältet med synkron hastighet och rotorn roterar kontinuerligt. Eftersom dessa motorer inte är självstartande motorer är det nödvändigt att tillhandahålla en strömförsörjning med variabel frekvens.

EMF och vridmomentsekvation

I en synkron maskin kallas den genomsnittliga EMF-inducerade per fasen dynamisk inducerar EMF i en synkronmotor, flödesminskningen av varje ledare per varv är Pϕ Weber
Då är det 60 / N sek att ta en revolution

Den genomsnittliga EMF som induceras per ledare kan beräknas med hjälp av

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Var Tph = Zph / 2

Därför är den genomsnittliga EMF per fas,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Där Tph = nej. Av varv kopplade i serie per fas

ϕ = flöde / pol i weber

P = nej. Av stolpar

F = frekvens i Hz

Zph = nej. Av ledare anslutna i serie per fas. = Zph / 3

EMF-ekvationen beror på spolarna och ledarna på statorn. För denna motor beaktas också fördelningsfaktor Kd och stigningsfaktor Kp.

Därmed, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

Vridmomentsekvationen för en synkronmotor med permanentmagnet ges som,

T = (3 x Eph x Iph x sinp) / ωm

Direkt vridmomentstyrning av permanentmagnet synkronmotor

För att styra den permanentmagnetiska synkronmotorn använder vi olika typer av kontrollsystem . Beroende på uppgiften används den nödvändiga styrtekniken. De olika styrmetoderna för permanentmagnet synkronmotor är,

Sinusformad kategori

• Skalär
• Vektor: Fältinriktad styrning (FOC) (med och utan positionssensor)
• Direkt vridmomentreglering

Trapesformad kategori

• Öppen slinga
• Sluten slinga (med och utan positionssensor)

Direkt vridmomentstyrningsteknik för denna motor är en mycket enkel styrkrets med effektiv dynamisk prestanda och bra kontrollområde. Det kräver ingen positionssensor för rotorn. Den största nackdelen med att använda denna styrmetod är att den ger högt vridmoment och en strömkrusning.

Konstruktion

De permanentmagnet synkron motor konstruktion liknar den grundläggande synkronmotorn, men den enda skillnaden är med rotorn. Rotorn har ingen fältlindning, men de permanenta magneterna används för att skapa fältstolpar. De permanenta magneterna som används i PMSM består av samarium-kobolt och medium, järn och bor på grund av deras högre permeabilitet.

Den mest använda permanentmagneten är neodym-bor-järn på grund av dess effektiva kostnad och lättillgänglighet. I denna typ är de permanenta magneterna monterade på rotorn. Baserat på monteringen av permanentmagneten på rotorn är konstruktionen av en permanentmagnet synkronmotor uppdelad i två typer. Dom är,

Ytmonterad PMSM

I denna konstruktion är magneten monterad på rotorns yta. Den är lämplig för höghastighetsapplikationer, eftersom den inte är robust. Det ger ett jämnt luftspalt eftersom permeabiliteten för permanentmagneten och luftspalten är densamma. Inget motviljemoment, hög dynamisk prestanda och lämplig för höghastighetsenheter som robotik och verktygsdrev.

Ytmonterad

Begravd PMSM eller interiör PMSM

I denna typ av konstruktion är den permanenta magneten inbäddad i rotorn enligt bilden nedan. Den är lämplig för höghastighetsapplikationer och får robusthet. Motståndets vridmoment beror på motorns vikt.

Begravd PMSM

Arbetar med permanentmagnet synkronmotor

Arbetet med synkronmotorn med permanentmagnet är mycket enkelt, snabbt och effektivt jämfört med konventionella motorer. Arbetet med PMSM beror på statorns roterande magnetfält och rotorns konstanta magnetfält. De permanenta magneterna används som rotor för att skapa konstant magnetiskt flöde, fungerar och låses med synkron hastighet. Dessa typer av motorer liknar borstlösa likströmsmotorer.

Fasorgrupperna bildas genom att man förbinder statornas lindningar med varandra. Dessa fasorgrupper sammanfogas för att bilda olika anslutningar som en stjärna, delta, dubbel- och enfas. För att minska harmoniska spänningar bör lindningarna lindas kort med varandra.

När 3-fas växelströmstillförseln ges till statorn skapar den ett roterande magnetfält och det konstanta magnetfältet induceras på grund av rotorns permanentmagnet. Denna rotor fungerar i synkronism med synkron hastighet. Hela arbetet med PMSM beror på luftspalten mellan stator och rotor utan belastning.

Om luftgapet är stort kommer motorns vindförluster att minskas. Fältstolparna som skapas av permanentmagneten är framträdande. Synkronmotorerna med permanentmagnet är inte självstartande motorer. Så det är nödvändigt att styra statorn med variabel frekvens elektroniskt.

Permanent magnet synkronmotor mot BLDC

Skillnaderna mellan synkronmotor med permanentmagnet (PMSM) och BLDC ( borstlösa likströmsmotorer ) inkluderar följande.

Fördelar

De fördelar med permanentmagnet synkronmotor omfatta,

• ger högre effektivitet vid höga hastigheter
• finns i små storlekar i olika förpackningar
• underhåll och installation är väldigt enkelt än en induktionsmotor
• kan bibehålla fullt vridmoment vid låga hastigheter.
• hög effektivitet och tillförlitlighet
• ger jämnt vridmoment och dynamisk prestanda

Nackdelar

Nackdelarna med synkronmotorer med permanentmagnet är,

• Denna typ av motorer är mycket dyra jämfört med induktionsmotorer
• På något sätt svårt att starta eftersom de inte är självstartande motorer.

Applikationer

Synkronmotorapplikationerna med permanentmagnet är,

• Luftkonditioneringar
• Kylskåp
• AC-kompressorer
• Tvättmaskiner som är direktdrivna
• Elektrisk servostyrning för fordon
• Maskinverktyg
• Stora kraftsystem för att förbättra ledande och eftersläpande effektfaktor
• Styrning av dragkraft
• Datalagringsenheter.
• Servo-enheter
• Industriella applikationer som robotik, flyg och många fler.

Således handlar det här om en översikt över synkronmotorn med permanentmagnet - definition, arbete, arbetsprincip, diagram, konstruktion, fördelar, nackdelar, applikationer, emf och vridmomentsekvation. Här är en fråga till dig, ”Vad är syftet med att använda en permanentmagnet i synkronmotorer?