Синхронный двигатель с постоянными магнитами
Синхронный двигатель с постоянными магнитами
Синхронный двигатель с постоянными магнитами (англ. permanent magnet synchronous motor, PMSM) - это синхронный электродвигатель, индуктор которого состоит из постоянных магнитов.
Главное отличие между синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ) и асинхронным электродвигателемзаключается в роторе. Проведенные исследования1 показывают, что СДПМ имеет КПД примерно на 2% больше, чем высоко эффективный (IE3) асинхронный электродвигатель, при условии, что статор имеет одинаковую конструкцию, а для управления используется один и тот же частотный преобразователь.
Конструкции и типы синхронного электродвигателя с постоянными магнитами
Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть.
Синхронный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами
Обычно ротор располагается внутри статора электродвигателя, также существуют конструкции с внешним ротором - электродвигатели обращенного типа.
Конструкции синхронного двигателя с постоянными магнитами: слева - стандартная, справа обращенная.
Ротор состоит из постоянных магнитов. В качестве постоянных магнитов используются материалы с высокой коэрцитивной силой.
Электродвигатель с неявно выраженными полюсами имеет равную индуктивность по продольной и поперечной осям Ld = Lq, тогда как у электродвигателя с явно выраженными полюсами поперечная индуктивность не равна продольной Lq ≠ Ld.
Сечение роторов с разным отношением Ld/Lq. Черным обозначены магниты. На рисунке д, е представлены аксиально-расслоенные роторы, на рисунке в и з изображены роторы с барьерами.
Ротор синхронного двигателя c поверхностной установкой постоянных магнитов
Ротор синхронного двигателя со встроенными магнитами
Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Наиболее распространены конструкции с двух- и трехфазной обмоткой.
Статор электродвигателя с распределенной обмоткой
Статор электродвигателя с сосредоточенной обмоткой
Распределенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 2, 3,...., k.
Сосредоточенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 1. При этом пазы расположены равномерно по окружности статора. Две катушки, образующие обмотку, можно соединить как последовательно, так и параллельно. Основной недостаток таких обмоток - невозможность влияния на форму кривой ЭДС [2].
Схема трехфазной распределенной обмотки
Схема трехфазной сосредоточенной обмотки
Форма кривой ЭДС в проводнике определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора.
Известно, что магнитная индукция в зазоре под явно выраженным полюсом ротора имеет трапециидальную форму. Такую же форму имеет и наводимая в проводнике ЭДС. Если необходимо создать синусоидальную ЭДС, то полюсным наконечникам придают такую форму, при которой кривая распределения индукции была бы близка к синусоидальной. Этому способствуют скосы полюсных наконечников ротора [2].
Принцип работы синхронного двигателя
Принцип действия синхронного электродвигателя основан на способности обмотки статора создавать вращающееся магнитное поле. Концепция вращающегося магнитного поля статора синхронного электродвигателя такая же, как и утрехфазного асинхронного электродвигателя.
Вращающееся магнитное поле - это основная концепция вращающихся электрических двигателей и генераторов.
Вращающееся магнитное поле синхронного электродвигателя
Магнитное поле ротора, взаимодействуя с синхронным переменным током обмоток статора, согласно закону Ампера, создает крутящий момент, заставляя ротор вращаться (подробнее).
Постоянные магниты, расположенные на роторе СДПМ, создают постоянное магнитное поле. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора. В связи с этим СДПМ не может сам запуститься при подключении его напрямую к сети трехфазного тока (частота тока в сети 50Гц).
Источник: engineering-solutions.ru
Синхронный двигатель с постоянными магнитами (англ. permanent magnet synchronous motor, PMSM) - это синхронный электродвигатель, индуктор которого состоит из постоянных магнитов.
Главное отличие между синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ) и асинхронным электродвигателемзаключается в роторе. Проведенные исследования1 показывают, что СДПМ имеет КПД примерно на 2% больше, чем высоко эффективный (IE3) асинхронный электродвигатель, при условии, что статор имеет одинаковую конструкцию, а для управления используется один и тот же частотный преобразователь.
Конструкции и типы синхронного электродвигателя с постоянными магнитами
Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть.
Синхронный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами
Обычно ротор располагается внутри статора электродвигателя, также существуют конструкции с внешним ротором - электродвигатели обращенного типа.
Конструкции синхронного двигателя с постоянными магнитами: слева - стандартная, справа обращенная.
Ротор состоит из постоянных магнитов. В качестве постоянных магнитов используются материалы с высокой коэрцитивной силой.
- По конструкции ротора синхронные двигатели делятся на:
- электродвигатели с явно выраженными полюсами;
- электродвигатели с неявно выраженными полюсами.
Электродвигатель с неявно выраженными полюсами имеет равную индуктивность по продольной и поперечной осям Ld = Lq, тогда как у электродвигателя с явно выраженными полюсами поперечная индуктивность не равна продольной Lq ≠ Ld.
Сечение роторов с разным отношением Ld/Lq. Черным обозначены магниты. На рисунке д, е представлены аксиально-расслоенные роторы, на рисунке в и з изображены роторы с барьерами.
- Также по конструкции ротора СДПМ делятся на:
- синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
(англ. SPMSM - surface permanent magnet synchronous motor); - синхронный двигатель со встроенными (инкорпорированными) магнитами
(англ. IPMSM - interior permanent magnet synchronous motor).
Ротор синхронного двигателя c поверхностной установкой постоянных магнитов
Ротор синхронного двигателя со встроенными магнитами
Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Наиболее распространены конструкции с двух- и трехфазной обмоткой.
- В зависимости от конструкции статора синхронный двигатель с постоянными магнитами бывает:
- с распределенной обмоткой;
- с сосредоточенной обмоткой.
Статор электродвигателя с распределенной обмоткой
Статор электродвигателя с сосредоточенной обмоткой
Распределенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 2, 3,...., k.
Сосредоточенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 1. При этом пазы расположены равномерно по окружности статора. Две катушки, образующие обмотку, можно соединить как последовательно, так и параллельно. Основной недостаток таких обмоток - невозможность влияния на форму кривой ЭДС [2].
Схема трехфазной распределенной обмотки
Схема трехфазной сосредоточенной обмотки
- Форма обратной ЭДС электродвигателя может быть:
- трапецеидальная;
- синусоидальная.
Форма кривой ЭДС в проводнике определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора.
Известно, что магнитная индукция в зазоре под явно выраженным полюсом ротора имеет трапециидальную форму. Такую же форму имеет и наводимая в проводнике ЭДС. Если необходимо создать синусоидальную ЭДС, то полюсным наконечникам придают такую форму, при которой кривая распределения индукции была бы близка к синусоидальной. Этому способствуют скосы полюсных наконечников ротора [2].
Принцип работы синхронного двигателя
Принцип действия синхронного электродвигателя основан на способности обмотки статора создавать вращающееся магнитное поле. Концепция вращающегося магнитного поля статора синхронного электродвигателя такая же, как и утрехфазного асинхронного электродвигателя.
Вращающееся магнитное поле - это основная концепция вращающихся электрических двигателей и генераторов.
Вращающееся магнитное поле синхронного электродвигателя
Магнитное поле ротора, взаимодействуя с синхронным переменным током обмоток статора, согласно закону Ампера, создает крутящий момент, заставляя ротор вращаться (подробнее).
Постоянные магниты, расположенные на роторе СДПМ, создают постоянное магнитное поле. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора. В связи с этим СДПМ не может сам запуститься при подключении его напрямую к сети трехфазного тока (частота тока в сети 50Гц).
- Библиографический список
- Markus Lindegger. Economic viability, applications and limits of efficient permanent magnet motors.- Switzerland: Swiss Federal Office of Energy, 2009
- Н.И.Волков. Электромашинные устройства автоматики: Учебник для вузов.- М.: Высш. шк., 1986.
Источник: engineering-solutions.ru