Aufgrund ihrer Kompaktheit und hohen Drehmomentdichte werden Permanentmagnet-Synchronmotoren in vielen industriellen Anwendungen häufig eingesetzt, insbesondere für Hochleistungsantriebssysteme wie U-Boot-Antriebssysteme.Permanentmagnet-Synchronmotoren erfordern keine Schleifringe zur Erregung, was den Rotorwartungsaufwand und die Verluste reduziert.Permanentmagnet-Synchronmotoren sind hocheffizient und eignen sich für Hochleistungsantriebssysteme wie CNC-Werkzeugmaschinen, Robotik und automatisierte Produktionssysteme in der Industrie.
Im Allgemeinen müssen bei der Konstruktion und Konstruktion von Permanentmagnet-Synchronmotoren sowohl die Stator- als auch die Rotorstruktur berücksichtigt werden, um einen Hochleistungsmotor zu erhalten.
Der Aufbau eines Permanentmagnet-Synchronmotors
Magnetische Flussdichte im Luftspalt:Bestimmt durch die Konstruktion von Asynchronmotoren usw., die Konstruktion von Permanentmagnetrotoren und die Verwendung besonderer Anforderungen zum Schalten von Statorwicklungen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Stator um einen geschlitzten Stator handelt.Die Luftspaltflussdichte wird durch die Sättigung des Statorkerns begrenzt.Insbesondere wird die Spitzenflussdichte durch die Breite der Zahnradzähne begrenzt, während die Rückseite des Stators den maximalen Gesamtfluss bestimmt.
Darüber hinaus hängt der zulässige Sättigungsgrad von der Anwendung ab.Typischerweise haben Motoren mit hohem Wirkungsgrad eine geringere Flussdichte, während Motoren, die für maximale Drehmomentdichte ausgelegt sind, eine höhere Flussdichte aufweisen.Die maximale Luftspaltflussdichte liegt normalerweise im Bereich von 0,7–1,1 Tesla.Dabei ist zu beachten, dass es sich dabei um die Gesamtflussdichte handelt, also um die Summe der Rotor- und Statorflüsse.Das heißt, wenn die Ankerreaktionskraft niedrig ist, bedeutet dies, dass das Ausrichtmoment hoch ist.
Um jedoch einen großen Reluktanzdrehmomentbeitrag zu erreichen, muss die Statorreaktionskraft groß sein.Maschinenparameter zeigen, dass hauptsächlich große m und kleine Induktivitäten L erforderlich sind, um ein Ausrichtungsdrehmoment zu erhalten.Dies ist normalerweise für den Betrieb unterhalb der Grundgeschwindigkeit geeignet, da eine hohe Induktivität den Leistungsfaktor verringert.
Permanentmagnetmaterial:
Magnete spielen in vielen Geräten eine wichtige Rolle, daher ist die Verbesserung der Leistung dieser Materialien sehr wichtig, und die Aufmerksamkeit liegt derzeit auf Materialien auf der Basis seltener Erden und Übergangsmetalle, mit denen Permanentmagnete mit hohen magnetischen Eigenschaften erhalten werden können.Abhängig von der Technologie haben Magnete unterschiedliche magnetische und mechanische Eigenschaften und weisen eine unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit auf.
NdFeB- (Nd2Fe14B) und Samarium-Kobalt-Magnete (Sm1Co5 und Sm2Co17) sind die fortschrittlichsten kommerziellen Permanentmagnetmaterialien, die heute erhältlich sind.Innerhalb jeder Klasse von Seltenerdmagneten gibt es eine große Vielfalt an Qualitäten.NdFeB-Magnete wurden Anfang der 1980er Jahre kommerzialisiert.Sie werden heute in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt.Die Kosten dieses Magnetmaterials (pro Energieprodukt) sind mit denen von Ferritmagneten vergleichbar, und pro Kilogramm kosten NdFeB-Magnete etwa 10 bis 20 Mal so viel wie Ferritmagnete.
Einige wichtige Eigenschaften, die zum Vergleich von Permanentmagneten verwendet werden, sind: Remanenz (Mr), die die Stärke des Magnetfelds des Permanentmagneten misst, Koerzitivkraft (Hcj), die Fähigkeit des Materials, der Entmagnetisierung zu widerstehen, Energieprodukt (BHmax), magnetische Energiedichte ; Curie-Temperatur (TC), die Temperatur, bei der das Material seinen Magnetismus verliert.Neodym-Magnete haben eine höhere Remanenz, eine höhere Koerzitivfeldstärke und ein höheres Energieprodukt, sind aber im Allgemeinen vom Typ mit niedrigerer Curie-Temperatur. Neodym arbeitet mit Terbium und Dysprosium zusammen, um seine magnetischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beizubehalten.
Permanentmagnet-Synchronmotor-Design
Bei der Konstruktion eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) basiert die Konstruktion des Permanentmagnetrotors auf dem Statorrahmen eines dreiphasigen Induktionsmotors, ohne die Geometrie des Stators und der Wicklungen zu verändern.Zu den Spezifikationen und der Geometrie gehören: Motordrehzahl, Frequenz, Anzahl der Pole, Statorlänge, Innen- und Außendurchmesser, Anzahl der Rotorschlitze.Das Design von PMSM umfasst Kupferverlust, Gegen-EMK, Eisenverlust sowie Selbst- und Gegeninduktivität, magnetischen Fluss, Statorwiderstand usw.
Berechnung der Selbstinduktivität und Gegeninduktivität:
Die Induktivität L kann als das Verhältnis der Flusskopplung zum flusserzeugenden Strom I in Henrys (H) definiert werden, gleich Weber pro Ampere. Ein Induktor ist ein Gerät zum Speichern von Energie in einem Magnetfeld, ähnlich wie ein Kondensator Energie in einem elektrischen Feld speichert. Induktoren bestehen normalerweise aus Spulen, die normalerweise um einen Ferrit- oder ferromagnetischen Kern gewickelt sind, und ihr Induktivitätswert hängt nur von der physikalischen Struktur des Leiters und der Permeabilität des Materials ab, durch das der magnetische Fluss fließt.
Die Schritte zum Ermitteln der Induktivität sind wie folgt:1. Angenommen, im Leiter fließt ein Strom I.2. Verwenden Sie das Biot-Savart-Gesetz oder das Ampere-Schleifengesetz (falls verfügbar), um zu bestimmen, dass B ausreichend symmetrisch ist.3. Berechnen Sie den Gesamtfluss, der alle Stromkreise verbindet.4. Multiplizieren Sie den gesamten magnetischen Fluss mit der Anzahl der Schleifen, um die Flussverknüpfung zu erhalten, und führen Sie die Konstruktion des Permanentmagnet-Synchronmotors durch, indem Sie die erforderlichen Parameter bewerten.
Die Studie ergab, dass die Konstruktion mit der Verwendung von NdFeB als AC-Permanentmagnetrotormaterial den im Luftspalt erzeugten magnetischen Fluss erhöhte, was zu einer Verringerung des Innenradius des Stators führte, während der Innenradius des Stators unter Verwendung des Samarium-Kobalt-Permanentmaterials verringert wurde Das Material des Magnetrotors war größer.Die Ergebnisse zeigen, dass der effektive Kupferverlust in NdFeB um 8,124 % reduziert wird.Bei Samarium-Kobalt als Permanentmagnetmaterial ist der magnetische Fluss eine sinusförmige Variation.Im Allgemeinen müssen bei der Konstruktion und Konstruktion von Permanentmagnet-Synchronmotoren sowohl die Stator- als auch die Rotorstruktur berücksichtigt werden, um einen Hochleistungsmotor zu erhalten.
abschließend
Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein Synchronmotor, der hochmagnetische Materialien zur Magnetisierung verwendet und sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine einfache Struktur und eine einfache Steuerung auszeichnet.Dieser Permanentmagnet-Synchronmotor findet Anwendung in der Traktions-, Automobil-, Robotik- und Luft- und Raumfahrttechnik. Die Leistungsdichte von Permanentmagnet-Synchronmotoren ist höher als die von Induktionsmotoren gleicher Leistung, da keine Statorleistung für die Erzeugung des Magnetfelds vorgesehen ist. .
Derzeit erfordert die Konstruktion von PMSM nicht nur eine höhere Leistung, sondern auch eine geringere Masse und ein geringeres Trägheitsmoment.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 01.07.2022