Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое синхронный двигатель с постоянными магнитами

Линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами

Современное технологическое оборудование требует надежного высокодинамичного и точного электропривода. Для оборудования, в котором рабочие органы осуществляют прямолинейное перемещение (сверлильно-фрезерные станки, лазерные установки, раскройные комплексы, графопостроители, высокоточные позиционеры и др.) наиболее оптимальным является электропривод на основе линейных двигателей. Рассмотрим преимущества применения линейного двигателя по сравнению с шарико-винтовой парой (ШВП):

а) Конструктивные преимущества.
Конструкция двигателя органично вписывается в конструкцию позиционера, имеет меньшие габаритные размеры, более простую конструкцию, отсутствуют вращающиеся части. Применение аэростатических опор позволяет полностью устранить механическую связь между подвижной и неподвижной частями двигателя.
б) Эксплуатационные преимущества.
Более высокая точность позиционирования из-за отсутствия люфтов и вибраций, а при аэростатических опорах и отсутствия силы трения. Более высокая скорость перемещения из-за отсутствия ограничений на частоту вращения винта и гайки. Так у ШВП максимальная скорость вращения винта до 750 об/мин. Для винта с шагом t=20 мм максимальная скорость перемещения при вращении винта составляет Vmax=250 мм/с=0.25 м/с, тогда как скорость линейного двигателя может быть равной 5 м/с и ограничивается лишь быстродействием системы управления.
Более высокий диапазон рабочих температур из-за отсутствия ограничений на тепловое расширение винта.
Большая надежность и стабильность параметров во времени из-за отсутствия изнашивающихся механических частей при условии применения аэростатических опор.

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.

Обычно ротор располагается внутри статора электродвигателя, также существуют конструкции с внешним ротором — электродвигатели обращенного типа.

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 L d = L q, тогда как у электродвигателя с явно выраженными полюсами поперечная индуктивность не равна продольной L q ≠ L d.

    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).

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.

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].

    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].

Читать еще:  Шум в двигателе с чего начать

Практически основи на синхронните двигатели, които всеки електроинженер трябва да знае

Подобно на асинхронния двигател, синхронният двигател се състои от a статор и ротор, разделени от въздушната междина, Той се различава от асинхронния мотор по това, че потокът във въздушната междина не се дължи на компонент на тока на статора.

Двойка древна климатична инсталация с въглероден диоксидкомпресори, задвижвани от два антични синхронни двигателя с 150 конски сили. Този тип климатична система датира от 1930 г. (снимка: Jeffs4653 през Flickr)

Той е създаден от магнити или от силовия ток на полето, осигурен от външен източник на постоянен ток, захранващ намотка, поставена в ротора.

Нека видим темите, които ще обсъдим.

статора

Статорът се състои от корпус и магнитверига, обикновено включваща силикатни стоманени ламинирания и 3-фазова бобина, подобна на тази на асинхронен двигател, снабден с 3-фазен променлив ток, за да се получи въртящо поле.

ФИГУРА 1 — Магнитен скелет (горна половина) и структурни части (долна половина) на синхронен двигател с десет полюса (720 rpm при 60 цикъла).

ротор

Роторът пренася магнитни полета или намоткикойто пряк ток тече и които създават вмъкнати северни и южни полюси. За разлика от асинхронните машини, роторът се върти без приплъзване със скоростта на въртящото се поле.

Следователно има два различни типа синхронни двигатели: магнитни двигатели и мотори с роторен намотаване.

С постоянни магнити

С магнитни двигатели е монтиран роторът на двигателяс постоянни магнити (виж фигура 2) (обикновено редкоземни магнити), за да се постигне увеличена сила на полето в малък обем. Статорът има трифазни намотки.

Тези двигатели могат да понасят значителни токове на претоварване, за да постигнат ускорение при висока скорост.

Те винаги се използват с задвижване с променлива скорости тези агрегати на моторно задвижване са предназначени за специфични пазари като роботи или машинни инструменти, за които по-малките двигатели, ускорението и пропускателната лента са от съществено значение.

Фигура 2 — Разрез на двигател с постоянен магнит

С навита намотка

Вторият тип синхронна машина има aнамотка, и е обратима машина, която може да работи или като генератор (алтернатор), или като двигател. В продължение на много години тези машини се използват главно като алтернатори.

Развитието на директни (циклоконвертори) илииндиректните честотни инвертори, работещи с естествено превключване поради способността на синхронните машини да осигуряват реактивна мощност, е позволило създаването на високопроизводителни, надеждни електрозадвижвания с променлива скорост.

Тези устройства са особено конкурентни по отношение на решенията на конкурентите за мощност над 1 мегават.

Въпреки че е възможно да се намерят синхронни двигатели, използвани в индустрията мощност от 150 kW до 5 MW, над 5 MW, че електрическите задвижвания, използващи синхронни двигатели, стават практически съществени, в по-голямата си част комбинирани с променливи скорости.

Работни характеристики

Моментът на двигателя на синхронната машина епропорционално на напрежението в неговите терминали, докато асинхронната машина е пропорционална на квадрата на това напрежение. За разлика от асинхронния двигател, той може да работи с фактор на мощността, равен на един или много близък до него.

Следователно синхронният двигател има редица предимства пред асинхронния двигател по отношение на неговата способност да се захранва чрез постоянното захранване:

  1. Скоростта на двигателя е постоянна, независимо от товара.
  2. Той може да доставя реактивна мощност и да увеличава фактора на мощността на инсталацията.
  3. Той може да издържи сравнително големи падения на напрежение (около 50% поради свойствата на свръхвъзбуждане) без забавяне.
Читать еще:  Что означает объем двигателя автомобиля

Въпреки това, синхронният двигател, захранван директно от захранването с постоянна напрежение / честота, има два недостатъка:

  1. Тя има начални трудности. Ако двигателят не е комбиниран с двигател с променлива скорост, пускането трябва да се извършва без товар, или чрез DOL за малки двигатели, или чрез стартер, който го задвижва със скорост, близка до синхронната скорост, преди директното свързване към линията. доставки.
  2. Той може да блокира, ако резистивният въртящ момент надвиши максималния му електромагнитен момент. В този случай целият процес на стартиране трябва да се повтори.

Други видове синхронен двигател

За да завършим този преглед на индустриалните двигатели, трябва да споменем и линейните мотори, синхронизираните асинхронни двигатели и стъпковите двигатели.

Линейни двигатели

Тяхната структура е идентична с тази на синхронните ротационни двигатели: те се състоят от статор (плоча) и ротор (вилка), които са на една линия, Като цяло плаката се движи по протежението на форсираНаръчник. Този тип мотор премахва всички междинни кинематики за преобразуване на движението, което означава, че няма движение или механично износване на това устройство.

Линейният синхронен двигател (LSM) е линеендвигател, в който механичното движение е в синхрон с магнитното поле, т.е. механичната скорост е същата като скоростта на пътуващото магнитно поле (Фигура 3).

Фигура 3 — Линейни стъпкови двигатели с постоянен магнит (PM)

Тягата (сила на задвижване) може да се генерира като действие на:

  • Пътуващо магнитно поле, произвеждано от многофазна намотка, и масив от магнитни полюси N, S,…, N, S или феромагнитна релса с променлива несъответствие (LSM с намотка от арматура);
  • Магнитно поле, произведено чрез електронно превключване d.c. намотки и масив от магнитни полюси N, S,…, N, S или феромагнитна релса с променлива релаксация (линейни стъпални или комутируеми реактивни двигатели).

Работата на LSM не зависи от това, коя част е подвижна и коя е неподвижна.

Как работи линейният мотор?

Yaskawa линейни двигатели в движение

Синхронизирани асинхронни двигатели

Това са индукционни двигатели. По време на стартовата фаза двигателят работи в асинхронен режим и когато достигне скорост, близка до синхронната скорост, превключва в синхронен режим.

Ако има високо механично натоварване, не можеработи по-дълго в синхронен режим и се връща в асинхронен режим. Тази характеристика се постига чрез специална конструкция на ротора и обикновено е за двигатели с ниска мощност.

Стъпкови двигатели

Шаговият двигател е мотор, който работи в съответствие с електрическите импулси, захранващи неговите намотки. В зависимост от електрозахранването, тя може да бъде:

  1. Униполярен ако неговите намотки винаги се доставят в една и съща посока от едно единствено напрежение, откъдето идва и името еднополюсно.
  2. двуполюсен когато намотките се доставят понякога в една посока, а понякога и в друга. Понякога те създават Северния полюс, а понякога и Южен полюс, откъдето идва и името биполярно.

Стъпковите двигатели могат да бъдат с променлив тип рефлекторност или тип магнит или комбинация от двете (виж фигура 4).

Читать еще:  Газель 405 двигатель как работает термостат

Фигура 4 — Трите вида стъпков двигател

Минималният ъгъл на завъртане между двемодификации на електрическите импулси се нарича стъпка. Моторът се характеризира с броя на стъпките на оборот (т.е. за 360 °). Най-често срещаните стойности са 48, 100 или 200 стъпки на оборот.

Веригите за микро-стъпки умножават броя на стъпките на мотора на 500, като по този начин се променя, например, от 200 до 100 000 стъпки.

Фигура 5 — Токови стъпки, приложени към серпентините на стъпков двигател, за да се намали неговата стъпка

Електрониката може да се използва за управление нахронологията на тези импулси и преброяване на броя на импулсите. По този начин стъпковите двигатели и техните управляващи вериги позволяват на вала да се върти с висока степен на точност по отношение както на скоростта, така и на амплитудата.

По този начин работата им е подобна на тази на синхронния двигател, когато валът се върти непрекъснато, което съответства на определените граници на инерция на честотата, въртящия момент и натоварването (виж фигура 6). Ако тези граници са надвишени, двигателят спира, ефектът от който е да се спре двигателят.

Фигура 6 — Максимален въртящ момент в зависимост от честотата на стъпката

Точното ъглово позициониране е възможно без измервателен кръг. Малките модели на тези двигатели, обикновено с мощност от по-малко от 1 kW, имат захранване с ниско напрежение.

Простотата на това решение го прави особено икономичен (без обратна връзка). Магнитните стъпкови двигатели също имат предимството на a въртящ момент на престой, когато няма захранване, От друга страна, първоначалното положение на подвижната част трябва да бъде познато и взето под внимание от електрониката, за да се осигури ефективен контрол.

Основи на стъпковия двигател — Демо със само бутони!

Arduino стъпков двигател урок!

Препратки:

  • Електрически двигатели на E. Gaucheron (Schneider Electric)
  • Линейни синхронни двигатели на Jacek F. Gieras, Zbigniew J. Piech и Bronislaw Z. Tomczuk

Каква е разликата между синхронните и асинхронните електродвигатели?

Ако два съвременни електродвигателя от същия тип и от другия тип са поставени един до друг, тогава е трудно да ги разграничим по външни признаци дори от специалист.

По същество тяхната основна разлика се разглежда в примерите на принципите на работа на тези електродвигатели. Те се различават по дизайн на ротора . Роторът на синхронния двигател се състои от намотки, а асинхронният ротор е комплект от плочи.

Статорите на един и на други електрически двигатели са почти неразличими и представляват набор от намотки, но статорът на синхронния електродвигател може да бъде сглобен от постоянни магнити.

Скоростта на синхронния двигател съответства на честотата на тока, който се подава към него, а скоростта на асинхронния двигател леко изостава от текущата честота.

Те се различават по области на приложение . Например, синхронни електродвигатели се монтират за задвижване на оборудване, което работи с постоянна скорост на въртене (помпи, компресори и др.), Без да я намалява с увеличаване на натоварването. Но асинхронните електродвигатели намаляват скоростта с увеличаване на натоварването.

Синхронните електродвигатели са структурно по-сложни и следователно по-скъпи от асинхронните електродвигатели.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector