موتور PMAC 4 قطبی

موتورهای مغناطیس دائم AC (PMAC) طیف وسیعی از کاربردها از جمله:

ماشین آلات صنعتی: موتورهای PMAC در انواع کاربردهای ماشین آلات صنعتی مانند پمپ ها، کمپرسورها، فن ها و ماشین ابزار استفاده می شوند.آنها راندمان بالا، چگالی توان بالا و کنترل دقیق را ارائه می دهند که آنها را برای این کاربردها ایده آل می کند.

رباتیک: موتورهای PMAC در کاربردهای روباتیک و اتوماسیون مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که تراکم گشتاور بالا، کنترل دقیق و راندمان بالا را ارائه می دهند.آنها اغلب در بازوهای رباتیک، گیره ها و سایر سیستم های کنترل حرکت استفاده می شوند.

سیستم‌های HVAC: موتورهای PMAC در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) استفاده می‌شوند، جایی که راندمان بالا، کنترل دقیق و سطح صدای کم را ارائه می‌دهند.آنها اغلب در فن ها و پمپ های این سیستم ها استفاده می شوند.

سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر: موتورهای PMAC در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند توربین‌های بادی و ردیاب‌های خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که راندمان بالا، چگالی توان بالا و کنترل دقیق را ارائه می‌دهند.آنها اغلب در ژنراتورها و سیستم های ردیابی در این سیستم ها استفاده می شوند.

SPM در مقابل IPM

موتورهای PM را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: موتورهای آهنربای دائم سطحی (SPM) و موتورهای آهنربای دائم داخلی (IPM).هیچ یک از انواع طراحی موتور شامل میله های روتور نیستند.هر دو نوع شار مغناطیسی توسط آهنرباهای دائمی متصل به روتور یا داخل آن ایجاد می کنند.

موتورهای SPM دارای آهنرباهایی هستند که به قسمت بیرونی سطح روتور چسبانده شده اند.به دلیل این نصب مکانیکی، استحکام مکانیکی آنها ضعیف تر از موتورهای IPM است.قدرت مکانیکی ضعیف، حداکثر سرعت مکانیکی مطمئن موتور را محدود می کند.علاوه بر این، این موتورها برجستگی مغناطیسی بسیار محدودی (Ld ≈ Lq) از خود نشان می دهند.مقادیر اندوکتانس اندازه گیری شده در پایانه های روتور بدون توجه به موقعیت روتور سازگار است.به دلیل نسبت برجستگی تقریباً یکسانی، طراحی موتورهای SPM به طور قابل توجهی، اگر نه به طور کامل، برای تولید گشتاور به جزء گشتاور مغناطیسی متکی هستند.

موتورهای IPM دارای یک آهنربای دائمی هستند که در خود روتور تعبیه شده است.بر خلاف همتایان SPM خود، محل آهنرباهای دائمی باعث می شود که موتورهای IPM از نظر مکانیکی بسیار سالم و مناسب برای کار در سرعت های بسیار بالا باشند.این موتورها همچنین با نسبت برجستگی مغناطیسی نسبتاً بالا (Lq > Ld) تعریف می شوند.موتورهای IPM به دلیل خاصیت مغناطیسی خود، توانایی تولید گشتاور را با بهره گیری از اجزای گشتاور مغناطیسی و رلوکتانسی موتور دارند.

ساختارهای موتور PM
سازه های موتور PM را می توان به دو دسته داخلی و سطحی تقسیم کرد.هر دسته دارای زیرمجموعه دسته بندی های خود است.یک موتور PM سطحی می‌تواند آهن‌رباهای خود را روی سطح روتور یا داخل آن قرار دهد تا استحکام طراحی را افزایش دهد.موقعیت و طراحی موتور آهنربای دائم داخلی می تواند بسیار متفاوت باشد.آهنرباهای موتور IPM را می توان به صورت یک بلوک بزرگ قرار داد و یا در حین نزدیک شدن به هسته به صورت تکان خورده قرار گرفت.روش دیگر این است که آنها را در یک الگوی اسپری جاسازی کنید.

تغییرات اندوکتانس موتور PM با بار
فقط شار زیادی را می توان به یک قطعه آهن وصل کرد تا گشتاور تولید کند.در نهایت، آهن اشباع می شود و دیگر اجازه اتصال شار را نمی دهد.نتیجه کاهش در اندوکتانس مسیر طی شده توسط یک میدان شار است.در یک ماشین PM، مقادیر اندوکتانس محور d و q با افزایش جریان بار کاهش می یابد.

اندوکتانس های محور d و q یک موتور SPM تقریباً یکسان هستند.از آنجایی که آهنربا خارج از روتور است، اندوکتانس محور q به همان میزان القای محور d کاهش می یابد.با این حال، اندوکتانس یک موتور IPM به طور متفاوتی کاهش می یابد.باز هم، اندوکتانس محور d به طور طبیعی کمتر است زیرا آهنربا در مسیر شار قرار دارد و خاصیت القایی ایجاد نمی کند.بنابراین، آهن کمتری برای اشباع در محور d وجود دارد که منجر به کاهش قابل توجهی در شار نسبت به محور q می شود.

انواع آهنربای موتور PM

در حال حاضر انواع مختلفی از مواد آهنربای دائم برای موتورهای الکتریکی استفاده می شود.هر نوع فلزی مزایا و معایب خود را دارد.

خود حسگر در مقابل عملیات حلقه بسته

پیشرفت‌های اخیر در فن‌آوری درایو به درایوهای ac استاندارد اجازه می‌دهد تا موقعیت آهنربای موتور را "خود تشخیص دهند" و ردیابی کنند.یک سیستم حلقه بسته معمولاً از کانال z-pulse برای بهینه سازی عملکرد استفاده می کند.از طریق روال های خاصی، درایو با ردیابی کانال های A/B و تصحیح خطاها با کانال z، موقعیت دقیق آهنربای موتور را می داند.دانستن موقعیت دقیق آهنربا باعث تولید گشتاور بهینه و در نتیجه بازدهی بهینه می شود.

تضعیف / تشدید شار موتورهای PM
شار در یک موتور آهنربای دائمی توسط آهنرباها ایجاد می شود.میدان شار مسیر خاصی را دنبال می کند که می تواند تقویت یا مخالفت شود.تقویت یا تشدید میدان شار به موتور اجازه می دهد تا به طور موقت تولید گشتاور را افزایش دهد.مخالفت با میدان شار، میدان مغناطیسی موجود موتور را نفی می کند.کاهش میدان مغناطیسی تولید گشتاور را محدود می کند، اما ولتاژ back-emf را کاهش می دهد.کاهش ولتاژ back-emf ولتاژ را آزاد می کند تا موتور را برای کار در سرعت های خروجی بالاتر سوق دهد.هر دو نوع کار نیاز به جریان موتور اضافی دارند.جهت جریان موتور در سراسر محور d که توسط موتور c ارائه می شودکنترل کننده، اثر مورد نظر را تعیین می کند.

مزایای موتورهای آهنربایی دائمی خاکی کمیاب

بازدهی بالا:منحنی راندمان موتور ناهمزمان معمولاً سریعتر زیر 60 درصد بار نامی سقوط می کند و راندمان در بار سبک بسیار کم است.منحنی بازده موتور آهنربای دائم خاکی کمیاب بالا و مسطح است و در ناحیه با راندمان بالا در 20٪ تا 120٪ بار نامی قرار دارد.

ضریب توان بالا:مقدار اندازه گیری شده ضریب قدرت موتور سنکرون آهنربای دائم خاکی کمیاب نزدیک به مقدار حدی 1.0 است.منحنی ضریب توان به اندازه منحنی بازده بالا و مسطح است.ضریب توان بالاست.جبران توان راکتیو ولتاژ پایین مورد نیاز نیست و از ظرفیت سیستم توزیع برق به طور کامل استفاده می شود.

جریان استاتور کم است:روتور جریان تحریکی ندارد، توان راکتیو کاهش می یابد و جریان استاتور به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.در مقایسه با موتور ناهمزمان با همان ظرفیت، مقدار جریان استاتور را می توان 30٪ تا 50٪ کاهش داد.در عین حال، به دلیل کاهش شدید جریان استاتور، افزایش دمای موتور کاهش می یابد و گریس یاتاقان و عمر بلبرینگ افزایش می یابد.

گشتاور خارج از مرحله بالا و گشتاور کششی:موتورهای سنکرون آهنربای دائم خاکی کمیاب دارای گشتاور خارج از مرحله و گشتاور کششی بالاتری هستند که باعث می شود موتور ظرفیت بار بیشتری داشته باشد و به آرامی به همگام سازی کشیده شود.

معایب موتورهای آهنربایی دائمی خاکی کمیاب

هزینه بالا:در مقایسه با موتور ناهمزمان با همان مشخصات، شکاف هوا بین استاتور و روتور کوچکتر است و دقت پردازش هر جزء بالا است.ساختار روتور پیچیده تر است و قیمت مواد فولادی مغناطیسی خاکی کمیاب بالا است.بنابراین، هزینه ساخت موتور بالا است، که برای موتورهای ناهمزمان حدود 2 برابر رایج است.

تاثیر زیاد در شروع با قدرت کامل:هنگام شروع با فشار کامل، سرعت سنکرون را می توان در مدت زمان بسیار کوتاهی ترسیم کرد.شوک مکانیکی بزرگ است.جریان شروع بیش از 10 برابر جریان نامی است.تأثیر بر سیستم منبع تغذیه زیاد است و به ظرفیت زیادی از سیستم منبع تغذیه نیاز دارد.

آهنربای خاکی کمیاب آهنربا زدایی آسان است:هنگامی که ماده آهنربای دائمی در معرض ارتعاش، دمای بالا و جریان اضافه بار قرار می گیرد، نفوذپذیری مغناطیسی آن ممکن است کاهش یابد یا پدیده مغناطیس زدایی رخ دهد که عملکرد موتور آهنربای دائم را کاهش می دهد.