Grazie alla loro compattezza e all'elevata densità di coppia, i motori sincroni a magneti permanenti sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni industriali, in particolare per sistemi di azionamento ad alte prestazioni come i sistemi di propulsione sottomarina.I motori sincroni a magneti permanenti non richiedono l'uso di collettori rotanti per l'eccitazione, riducendo la manutenzione e le perdite del rotore.I motori sincroni a magneti permanenti sono altamente efficienti e adatti per sistemi di azionamento ad alte prestazioni come macchine utensili CNC, robotica e sistemi di produzione automatizzati nell'industria.
In generale, la progettazione e la costruzione dei motori sincroni a magneti permanenti deve considerare sia la struttura dello statore che quella del rotore per ottenere un motore ad alte prestazioni.
La struttura del motore sincrono a magnete permanente
Densità del flusso magnetico del traferro:Determinato in base alla progettazione di motori asincroni, ecc., alla progettazione di rotori a magneti permanenti e all'uso di requisiti speciali per la commutazione degli avvolgimenti dello statore. Inoltre, si presuppone che lo statore sia uno statore scanalato.La densità del flusso del traferro è limitata dalla saturazione del nucleo dello statore.In particolare, la densità del flusso di picco è limitata dalla larghezza dei denti dell'ingranaggio, mentre la parte posteriore dello statore determina il flusso totale massimo.
Inoltre, il livello di saturazione consentito dipende dall'applicazione.In genere, i motori ad alta efficienza hanno una densità di flusso inferiore, mentre i motori progettati per la massima densità di coppia hanno una densità di flusso maggiore.La densità del flusso di picco del traferro è solitamente compresa tra 0,7 e 1,1 Tesla.Da notare che questa è la densità di flusso totale, cioè la somma dei flussi di rotore e statore.Ciò significa che se la forza di reazione dell'armatura è bassa, significa che la coppia di allineamento è elevata.
Tuttavia, per ottenere un ampio contributo di coppia di riluttanza, la forza di reazione dello statore deve essere elevata.I parametri della macchina mostrano che per ottenere la coppia di allineamento sono necessari principalmente una grande me una piccola induttanza L.Questo di solito è adatto per il funzionamento al di sotto della velocità base poiché l'elevata induttanza riduce il fattore di potenza.
Materiale del magnete permanente:
I magneti svolgono un ruolo importante in molti dispositivi, quindi migliorare le prestazioni di questi materiali è molto importante e l'attenzione è attualmente focalizzata sulle terre rare e sui materiali a base di metalli di transizione che possono ottenere magneti permanenti con elevate proprietà magnetiche.A seconda della tecnologia, i magneti hanno proprietà magnetiche e meccaniche diverse e presentano una diversa resistenza alla corrosione.
I magneti NdFeB (Nd2Fe14B) e Samario Cobalto (Sm1Co5 e Sm2Co17) sono i materiali a magneti permanenti commerciali più avanzati oggi disponibili.All'interno di ciascuna classe di magneti in terre rare esiste un'ampia varietà di gradi.I magneti NdFeB furono commercializzati all'inizio degli anni '80.Oggi sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni diverse.Il costo di questo materiale magnetico (per prodotto energetico) è paragonabile a quello dei magneti in ferrite e, su base al chilogrammo, i magneti NdFeB costano da 10 a 20 volte di più dei magneti in ferrite.
Alcune proprietà importanti utilizzate per confrontare i magneti permanenti sono: rimanenza (Mr), che misura la forza del campo magnetico del magnete permanente, forza coercitiva (Hcj), capacità del materiale di resistere alla smagnetizzazione, prodotto energetico (BHmax), densità di energia magnetica ; Temperatura di Curie (TC), la temperatura alla quale il materiale perde il suo magnetismo.I magneti al neodimio hanno una rimanenza più elevata, una coercività e un prodotto energetico più elevati, ma sono generalmente del tipo a temperatura Curie inferiore, il neodimio funziona con terbio e disprosio per mantenere le sue proprietà magnetiche ad alte temperature.
Design del motore sincrono a magneti permanenti
Nella progettazione di un motore sincrono a magnete permanente (PMSM), la costruzione del rotore a magnete permanente si basa sul telaio dello statore di un motore a induzione trifase senza modificare la geometria dello statore e degli avvolgimenti.Le specifiche e la geometria includono: velocità del motore, frequenza, numero di poli, lunghezza dello statore, diametri interno ed esterno, numero di scanalature del rotore.La progettazione del PMSM comprende perdite di rame, campi elettromagnetici posteriori, perdite di ferro e induttanza propria e mutua, flusso magnetico, resistenza dello statore, ecc.
Calcolo dell'autoinduttanza e della mutua induttanza:
L'induttanza L può essere definita come il rapporto tra il flusso collegato e la corrente di produzione del flusso I, in Henrys (H), pari a Weber per ampere. Un induttore è un dispositivo utilizzato per immagazzinare energia in un campo magnetico, in modo simile a come un condensatore immagazzina energia in un campo elettrico. Gli induttori sono solitamente costituiti da bobine, solitamente avvolte attorno a un nucleo di ferrite o ferromagnetico, e il loro valore di induttanza è correlato solo alla struttura fisica del conduttore e alla permeabilità del materiale attraverso il quale passa il flusso magnetico.
I passaggi per trovare l'induttanza sono i seguenti:1. Supponiamo che ci sia una corrente I nel conduttore.2. Utilizzare la legge di Biot-Savart o la legge del circuito di Ampere (se disponibile) per determinare che B è sufficientemente simmetrico.3. Calcolare il flusso totale che collega tutti i circuiti.4. Moltiplicare il flusso magnetico totale per il numero di spire per ottenere il flusso concatenato ed eseguire la progettazione del motore sincrono a magnete permanente valutando i parametri richiesti.
Lo studio ha scoperto che la progettazione dell'utilizzo di NdFeB come materiale del rotore a magnete permanente CA ha aumentato il flusso magnetico generato nel traferro, determinando una riduzione del raggio interno dello statore, mentre il raggio interno dello statore utilizzando il permanente al samario cobalto il materiale del rotore magnetico era più grande.I risultati mostrano che la perdita effettiva di rame nel NdFeB è ridotta dell'8,124%.Per il samario cobalto come materiale a magnete permanente, il flusso magnetico sarà una variazione sinusoidale.In generale, la progettazione e la costruzione dei motori sincroni a magneti permanenti deve considerare sia la struttura dello statore che quella del rotore per ottenere un motore ad alte prestazioni.
Insomma
Il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) è un motore sincrono che utilizza materiali altamente magnetici per la magnetizzazione e presenta le caratteristiche di alta efficienza, struttura semplice e facile controllo.Questo motore sincrono a magnete permanente ha applicazioni nella tecnologia di trazione, automobilistica, robotica e aerospaziale. La densità di potenza dei motori sincroni a magneti permanenti è superiore a quella dei motori a induzione della stessa potenza perché non esiste potenza statorica dedicata alla generazione del campo magnetico. .
Al momento, la progettazione del PMSM richiede non solo una maggiore potenza, ma anche una massa inferiore e un momento di inerzia inferiore.
Orario di pubblicazione: 01-lug-2022