Rakenne
Kestomagneettisynkroninen moottori koostuu pääasiassa staattorista, roottorista ja päätykuoresta. Staattori on laminoitu laminoinnilla moottorin käydessä syntyvän rautahäviön vähentämiseksi. On olemassa kolmivaiheisia vaihtovirtakäämityksiä, joita kutsutaan ankkureiksi. Roottori voidaan tehdä kiinteään muotoon tai se voidaan puristaa laminoinneilla, joihin asennetaan kestomagneettimateriaalit. Kestomagneettimateriaalin sijainnin mukaan moottorin roottorilla kestomagneettisynkroninen moottori voidaan jakaa kahteen rakenteelliseen muotoon: ulkonevaan tyyppiin ja sisäänrakennettuun tyyppiin. Kuvassa 1 on vastaava kaavio. Ulkonevan roottorin magneettipiirirakenne on yksinkertainen ja valmistuskustannukset alhaiset, mutta koska käynnistyskäämitystä ei voida asentaa pintaan, ei asynkronista käynnistystä voida toteuttaa.
Sisäänrakennetun roottorin magneettipiirirakenne sisältää pääasiassa kolme tyyppiä: säteittäinen, tangentiaalinen ja hybridi. Niiden välinen ero on kestomagneetin magnetointisuunnan ja roottorin pyörimissuunnan välisessä suhteessa. Kuvassa 2 on esitetty kolmen erityyppisen sisäänrakennetun roottorin magneettipiirirakenne. Koska kestomagneetit on sijoitettu roottorin sisään, roottorin pinnasta voidaan tehdä napakengät. Tankokengät on rakennettu kuparitankoihin tai valuun alumiiniin käynnistämään ja vaimentamaan, ja vakaa tila ja dynaaminen suorituskyky ovat hyvät. Lisäksi, koska sisäänrakennettu roottorin magneettipiiri on epäsymmetrinen, käytön aikana syntyy reluktanssimomenttia, mikä auttaa parantamaan itse moottorin tehotiheyttä ja ylikuormituskapasiteettia, ja tällä rakenteella on helpompi saavuttaa heikko magneettinen nopeuden laajeneminen.
Toimintaperiaate
Kun kolmivaihevirta virtaa kestomagneettisen synkronisen moottorin staattorin kolmivaiheiseen symmetriseen käämiin, virran synnyttämä magnetomotorinen voima syntetisoi pyörimisen vakioamplitudilla Magnetomotorinen voima . Koska sen amplitudi on vakio, tämän pyörivän magnetomotorisen voiman liikerata muodostaa ympyrän, jota kutsutaan pyöreäksi pyöriväksi magnetomotoriseksi voimaksi. Sen suuruus on tasan 1,5 kertaa yksivaiheisen magnetomotorisen voiman maksimiamplitudi, eli
Kaavassa F on ympyrän muotoinen pyörivä magnetomotorinen voima (T·m); Fφl on yksivaiheisen magnetomotorisen voiman suurin amplitudi (T·m); k on peruskäämin kerroin; p on moottorin napaparien lukumäärä; N on kunkin kelan sarjakierrosten lukumäärä; I on kelassa virtaavan virran tehollinen arvo , A. Koska kestomagneettisynkronisen moottorin pyörimisnopeus on aina synkroninen, roottorin päämagneettikenttä ja pyörivän magneettikentän muodostavat pyörivän pyörivän magnetomotorisen voiman staattori pysyy suhteellisen staattisena. Nämä kaksi magneettikenttää toimivat vuorovaikutuksessa muodostaen komposiittimagneettikentän staattorin ja roottorin väliseen ilmaväliin. Se on vuorovaikutuksessa roottorin päämagneettikentän kanssa ja tuottaa sähkömagneettisen vääntömomentin Te, ts.
Kaavassa Te on sähkömagneettinen vääntömomentti, (N·m); 0 on tehokulma, rad; BR on roottori Päämagneettikenttä, T; Bnet on ilmavälin synteettinen magneettikenttä, T. Ilmavälin synteettisen magneettikentän ja roottorin päämagneettikentän välisen sijaintisuhteen eron vuoksi kestomagneettisynkroninen moottori voi toimii joko moottoritilassa tai generaattoritilassa. Kestomagneettisynkronisen moottorin kolme toimintatilaa on esitetty kuvassa 3. Kun ilmaraon komposiittimagneettikenttä jää roottorin päämagneettikentän taakse, syntyy sähkömagneettinen vääntömomentti roottorin pyörimissuuntaan nähden ja moottori on sähköntuotannon tila; päinvastoin, kun ilmaraon komposiittimagneettikenttä johtaa roottorin päämagneettikenttään, muodostuva sähkömagneettinen vääntömomentti on sama kuin roottorin. Roottorin pyörimissuunta on sama ja moottori on tällä hetkellä sähkötilassa. Roottorin päämagneettikentän ja ilmaraon komposiittimagneettikentän välistä kulmaa kutsutaan tehokulmaksi.
Kestomagneettisynkroninen moottori koostuu kahdesta avainkomponentista, nimittäin monipolarisoidusta kestomagneettiroottorista ja staattorista, jossa on asianmukaisesti suunnitellut käämit. Pyörivä monipolarisoitu kestomagneettiroottori muodostaa käytön aikana ajallisesti muuttuvan magneettivuon roottorin ja staattorin väliseen ilmaväliin. Tämä vuo synnyttää staattorikäämin liittimiin vaihtojännitteen, joka muodostaa perustan sähköntuotannolle. Tässä käsitellyssä kestomagneettisynkronisessa moottorissa käytetään ferromagneettiseen ytimeen asennettua renkaan muotoista kestomagneettia. Sisäisiä kestomagneettisynkronimoottoreita ei oteta huomioon tässä. Koska magneetteja on erittäin vaikea upottaa galvanoituun ferromagneettiseen ytimeen, käyttämällä sopivan paksuisia magneetteja (500 μm) ja korkean suorituskyvyn magneettisia materiaaleja roottorin ja staattorin ytimissä, ilmarako voidaan tehdä erittäin suureksi (300–500 μm). ) Ei ole ilmeistä suorituskyvyn heikkenemistä, mikä saa staattorin käämityksen varaamaan tietyn tilan ilmavälissä, mikä yksinkertaistaa huomattavasti kestomagneettisynkronisen moottorin valmistusta.
Luokitus
Luokiteltu viritysvirran syöttötavan mukaan
Kestomagneettisynkroninen moottori on synkroninen moottori, joka käyttää kestomagneetteja herätemagneettikentän luomiseen ja sen staattori tuottaa pyörivä magneettikenttä. Roottori on valmistettu kestomagneettimateriaalista. Synkroniset moottorit tarvitsevat DC-magneettikentän energian muuntamisen toteuttamiseksi, ja tämän magneettikentän muodostavaa tasavirtaa kutsutaan moottorin viritysvirraksi.
Erillisesti viritetty moottori: moottori, joka saa viritysvirran muista virtalähteistä.
Itseherättyvä moottori: Moottori, joka saa viritysvirran itse moottorista.
Luokiteltu virransyötön taajuuden mukaan
Kestomagneettiharjattomia moottoreita ovat kestomagneettiharjattomat tasavirtamoottorit ja kestomagneettiharjattomat AC-moottorit. Kaikki moottorit tarvitsevat taajuusmuunnosvirtalähteen ollessaan käynnissä. Edellinen vaatii vain neliöaaltoinvertterin virransyötöksi ja jälkimmäinen siniaaltoinvertterin tehonsyötöksi.
Luokiteltu ilmavälin magneettikentän jakautumisen mukaan
Siniaallon kestomagneettisynkroninen moottori: Magneettinapat on valmistettu kestomagneettimateriaaleista ja kun syötetään kolmivaiheista siniaaltovirtaa , ilmavälin magneettikenttä Sinilain mukaan jakautuneena sitä kutsutaan lyhyesti kestomagneettisynkroniseksi moottoriksi.
Trapetsiaaltokestomagneettisynkroninen moottori: Magneettinapat ovat edelleen kestomagneettimateriaaleja, mutta neliöaaltovirta syötetään, ilmaraon magneettikenttä jakautuu puolisuunnikkaan muotoon ja suorituskyky on lähempänä DC-moottoria. Itseohjautuvaa vaihtuvataajuista tahdistusmoottoria, joka koostuu puolisuunnikkaan aallon kestomagneettisynkronisesta moottorista, kutsutaan myös harjattomaksi tasavirtamoottoriksi.
Ohjausmenetelmä
Kestomagneetti synkronisen moottorin vakiojännite/taajuussuhteen säätömenetelmä
Kestomagneetti synkronisen moottorin vakiojännite/taajuussuhde Ohjausmenetelmä on samanlainen kuin AC-oikosulkumoottoreiden vakiojännite-taajuussuhteen ohjausmenetelmä. Moottorin tulojännitteen amplitudia ja taajuutta säädetään muuttumaan samaan aikaan, jotta moottorin vuo on vakio. Vakiojännite-taajuussuhteen ohjausmenetelmä voi mukautua useiden nopeudensäätöjärjestelmien vaatimuksiin.
Kun se ei syötä takaisin fyysisiä signaaleja, kuten virtaa, jännitettä tai asentoa, se voi silti saavuttaa tietyn ohjaustarkkuuden. Tämä on vakiojännite-taajuussuhteen ohjausmenetelmän suurin etu. Vakiojännite-taajuussuhteen ohjausmenetelmällä on yksinkertainen ohjausalgoritmi ja alhaiset laitteistokustannukset, ja sitä on käytetty laajalti yleiskäyttöisten invertterien alalla. Vakiojännite-taajuussuhteen ohjausmenetelmän puutteet ovat myös ilmeisiä. Koska ohjausprosessin aikana ei ole palautetta nopeudesta, sijainnista tai muista signaaleista, on lähes mahdotonta saada moottorin toimintatilatietoja, ja on myös mahdotonta ohjata tarkasti nopeutta tai sähkömagneettista vääntömomenttia ja järjestelmän suorituskykyä. Yleisesti ottaen dynaaminen vaste on huono, varsinkin kun annettu tavoitenopeus muuttuu tai kuorma muuttuu äkillisesti, ongelmia, kuten askeleettomuutta ja värähtelyä, esiintyy todennäköisesti. Ilmeisesti tällainen ohjaustapa ei voi ohjata vääntömomenttia ja viritysvirtaa erikseen, ja ohjausprosessin aikana on helppo saada suuri viritysvirta, joka vaikuttaa moottorin hyötysuhteeseen. Siksi tätä ohjausmenetelmää käytetään usein yleiskäyttöisissä inverttereissä, joiden suorituskykyvaatimukset ovat alhaiset, kuten ilmastointilaitteissa, kokoonpanolinjan kuljetinhihnakäytön ohjauksessa ja vesipumppujen ja puhaltimien energiaa säästävissä toiminnoissa.
Kestomagneettinen synkronisen moottorin suora vääntömomentin ohjaustekniikka
Direct Moment Control (Direct Self-Control, DSC) muodostaa vuon kytkentä- ja sähkömagneettisen vääntömomentin mallin staattorin staattisen koordinaattijärjestelmän mukaisesti. Sähkömagneettinen vääntömomentti ja staattorivuo kytkentää ohjataan käyttämällä erilaisia jännitevektoreita. Suoran vääntömomentin ohjausmenetelmän etuna on yksinkertainen algoritmi ja hyvä vääntömomenttivaste. Siksi tätä menetelmää on käytetty laajalti tilanteissa, joissa vaaditaan suurta ohimenevää vääntömomenttivastetta.
Ohjauksen luontaisten puutteiden vuoksi suoralla vääntömomentin ohjausmenetelmällä on alhainen ohjaustaajuus ja suuri vääntömomentin aaltoilu, kun nopeus on alhainen. Siksi vääntömomentin aaltoilun vähentämisestä alhaisella nopeudella on tullut myös tutkimuskohde suorassa vääntömomentin säätömenetelmässä. Sun Xiaohui et ai. vähennä vääntömomentin aaltoilua alhaisella nopeudella optimoimalla jännitevektorin toiminta-aika, ja vaikutus on parempi. D.casadei et ai. sovelsi suoraa vääntömomentin ohjausmenetelmää AC-oikosulkumoottorin ohjaukseen diskreetin avaruusvektorimodulaatioteknologian pohjalta, mikä vähensi vääntömomentin aaltoilua.
Kestomagneettisynkronisen moottorin vektoriohjaustekniikka
Vektoriohjaustekniikka syntyi 1970-luvun alussa. Muunnos hajottaa kerätyn kolmivaiheisen staattorivirran ja moottorin vuoyhteyden kahdeksi komponentiksi roottorivuon suunnan mukaan, joka on pyörimisvektori. Yksi on roottorivuon suunnassa, jota kutsutaan suoran akselin viritysvirraksi; toinen on ortogonaalinen Roottorivuon suunnassa sitä kutsutaan kvadratuurimomenttivirraksi. Säädä viritysvirtaa ja vääntömomenttivirtaa eri ohjaustavoitteiden mukaan ja toteuttaa sitten tarkka nopeuden ja vääntömomentin säätö, jotta ohjausjärjestelmä voi saavuttaa hyvät vakaan tilan ja dynaamiset vasteominaisuudet.
Eri ohjaustavoitteiden mukaan kestomagneettisynkronimoottoreiden vektoriohjausalgoritmi voidaan jakaa seuraaviin tyyppeihin: id=0-säätö, maksimivääntömomentin/-virran säätö, kentänheikennyksen säätö jne. Nämä suorituskykyindikaattorit voidaan saavuttaa suoran akselin viritysvirran ja kvadratuuriakselin vääntömomentin virran itsenäisellä ohjauksella.
Edut
Kestomagneettinen tahdistusmoottori voidaan asentaa kiinteästi akseliin muodostamaan kiinteän suoran käyttöjärjestelmän, eli yksi akseli on käyttöyksikkö, jolloin vaihteistoa ei tarvita. Kestomagneettisynkronimoottoreiden edut ovat seuraavat:
Kestoamagneettisilla synkronimoottoreilla on korkea tehosuhde ja korkea tehokerroin;
Pysyvä Magneettinen synkroninen moottori tuottaa vähän lämpöä, joten moottorin jäähdytysjärjestelmä on rakenteeltaan yksinkertainen, pieni koko ja hiljainen;
Järjestelmä käyttää täysin suljettua rakennetta, ei vaihteiston kulumista, ei vaihteiston kohinaa eikä vaihteiston melua. Voiteluöljy, huoltovapaa;
Kestomagneettisen synkronisen moottorin sallittu ylikuormitusvirta on suuri ja luotettavuus paranee merkittävästi;
Kokonaisuus Voimansiirtojärjestelmä on kevyt, ja jousittamaton paino on kevyempi kuin perinteisessä akselivaihteistossa, ja teho yksikköpainoa kohti on suurempi;
Koska vaihteistoa ei ole, telijärjestelmä voidaan suunnitella mieleisekseen: Esimerkiksi joustavat telit ja yksiakseliset telit parantavat huomattavasti junien dynaamista suorituskykyä.
Kestävän magneettisen materiaalin napojen, erityisesti harvinaisten maametallien kestomagneettien (kuten neodyymirautaboori jne.) käytön vuoksi sen magneettinen energiatuote on korkea ja ilma korkeampi. Rako voidaan saada Magneettivuon tiheys, joten kun kapasiteetti on sama, moottori on pienikokoinen ja kevyt.
Roottorissa ei ole kupari- ja rautahävikkiä, eikä liukurenkaassa ja harjoissa ole kitkahäviötä, ja toiminnan tehokkuus on korkea.
Hitausmomentti on pieni, sallittu pulssin vääntömomentti on suuri, suurempi kiihtyvyys voidaan saavuttaa, dynaaminen suorituskyky on hyvä, rakenne on kompakti ja toiminta luotettava.
Tutkimuskohteet
Moottorin vääntömomentin ominaisuudet
Moottorin vääntömomentin ominaisuuksien parantamiseksi monet tutkijat ja tutkimuslaitokset ovat tehneet rohkeita yrityksiä ja innovaatioita. tehty magneettisen synkronisen moottorin rakennesuunnittelussa, ja monia uusia kehityssuuntia on tehty. Raon leveyden ja hampaan leveyden välisen ristiriidan ratkaisemiseksi kehitettiin poikittaisvuon konetekniikkaa. Ankkurikela ja hammastusrakenne ovat avaruudessa pystysuorat, ja päämagneettivuo kiertää moottorin aksiaalisuunnassa, mikä parantaa moottorin suorituskykyä. Tehon tiheys: Kaksikerroksinen kestomagneettijärjestely parantaa moottorin kvadratuuriakselin johtavuutta, mikä lisää moottorin ulostulomomenttia ja maksimitehoa; staattorin hampaan muodon ja magneettisen navan muodon muuttaminen moottorin vääntömomentin aaltoilun vähentämiseksi jne.
Kentänheikennyslaajennuskyky
Kentänheikennyksen ohjauksen käytön jälkeen kestomagneettisynkronimoottoreiden toimintaominaisuudet sopivat paremmin sähköajoneuvojen ajovaatimuksiin. Saman tehontarpeen tapauksessa invertterin kapasiteetti pienenee ja käyttöjärjestelmän hyötysuhde paranee. Siksi kestomagneettisynkronimoottoreissa sähköajoneuvoissa käytetään yleensä kentän heikennystä nopeuden laajentamiseen. Tästä syystä kotimaiset ja ulkomaiset tutkimuslaitokset ovat ehdottaneet erilaisia ratkaisuja, kuten kaksinkertaisen staattorirakenteen ja eri käämien käyttöä eri nopeuksilla kestomagneettikentän käytön maksimoimiseksi; komposiittiroottorirakenteen käyttö, jossa roottori lisää magneettisen vastusosan ohjaukseen. Moottorin suora- ja kvadratuuriakselien reaktanssiparametrit lisäävät moottorin nopeuden laajennuskykyä; staattori käyttää syviä uria lisäämään suoran akselin vuotoreaktanssia moottorin nopeusalueen laajentamiseksi.
Moottorin ohjausteoria
Epälineaaristen ja monimuuttuvien kestomagneettisynkronimoottoreiden ominaisuuksien vuoksi niiden ohjaus on vaikeaa ja ohjausalgoritmi monimutkainen, eivätkä perinteiset vektoriohjausmenetelmät useinkaan täytä vaatimuksia. Tästä syystä kestomagneettisynkronisen moottorin nopeudensäätöjärjestelmässä on käytetty joitain kehittyneitä ohjausmenetelmiä, mukaan lukien adaptiivinen tarkkailija, mallireferenssiadaptiivinen, korkeataajuinen signaalin injektiomenetelmä, sumea ohjaus, geneettinen algoritmi ja muut älykkäät ohjausmenetelmät. Nämä ohjausmenetelmät eivät riipu ohjausobjektin matemaattisesta mallista, ja niillä on hyvä sopeutumiskyky ja kestävyys. Niillä on ainutlaatuisia etuja järjestelmissä, joissa on vahva epälineaarisuus, kuten kestomagneettisynkronimoottoreissa.