Do tính nhỏ gọn và mật độ mô-men xoắn cao, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là các hệ thống truyền động hiệu suất cao như hệ thống đẩy tàu ngầm.Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không yêu cầu sử dụng vòng trượt để kích thích, giảm tổn thất và bảo trì rôto.Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có hiệu suất cao và phù hợp với các hệ thống truyền động hiệu suất cao như máy công cụ CNC, robot và hệ thống sản xuất tự động trong công nghiệp.
Nói chung, việc thiết kế và chế tạo động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu phải xem xét cả cấu trúc stato và rôto để có được động cơ hiệu suất cao.
Cấu tạo của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Mật độ từ thông khe hở không khí:Được xác định theo thiết kế của động cơ không đồng bộ, v.v., thiết kế rôto nam châm vĩnh cửu và việc sử dụng các yêu cầu đặc biệt để chuyển mạch cuộn dây stato.Ngoài ra, người ta cho rằng stato là stato có rãnh.Mật độ từ thông khe hở không khí bị giới hạn bởi độ bão hòa của lõi stato.Đặc biệt, mật độ từ thông cực đại bị giới hạn bởi chiều rộng của răng bánh răng, trong khi mặt sau của stato xác định tổng từ thông tối đa.
Hơn nữa, mức bão hòa cho phép còn tùy thuộc vào ứng dụng.Thông thường, động cơ hiệu suất cao có mật độ từ thông thấp hơn, trong khi động cơ được thiết kế cho mật độ mô-men xoắn cực đại có mật độ từ thông cao hơn.Mật độ thông lượng khe hở không khí cao nhất thường nằm trong khoảng 0,7–1,1 Tesla.Cần lưu ý rằng đây là mật độ từ thông tổng, tức là tổng của từ thông rôto và stato.Điều này có nghĩa là nếu lực phản ứng phần ứng thấp thì có nghĩa là mô-men xoắn căn chỉnh cao.
Tuy nhiên, để đạt được sự đóng góp mômen từ trở lớn thì phản lực stato phải lớn.Các thông số của máy cho thấy m lớn và độ tự cảm L nhỏ chủ yếu cần thiết để có được mô-men xoắn căn chỉnh.Điều này thường phù hợp để vận hành dưới tốc độ cơ bản vì độ tự cảm cao làm giảm hệ số công suất.
Vật liệu nam châm vĩnh cửu:
Nam châm đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị, do đó, việc cải thiện hiệu suất của các vật liệu này là rất quan trọng và hiện đang tập trung vào các vật liệu dựa trên đất hiếm và kim loại chuyển tiếp có thể thu được nam châm vĩnh cửu có đặc tính từ tính cao.Tùy thuộc vào công nghệ, nam châm có các tính chất từ và cơ khác nhau và có khả năng chống ăn mòn khác nhau.
Nam châm NdFeB (Nd2Fe14B) và Samarium Cobalt (Sm1Co5 và Sm2Co17) là những vật liệu nam châm vĩnh cửu thương mại tiên tiến nhất hiện nay.Trong mỗi loại nam châm đất hiếm có nhiều loại khác nhau.Nam châm NdFeB được thương mại hóa vào đầu những năm 1980.Ngày nay chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau.Giá thành của vật liệu nam châm này (trên mỗi sản phẩm năng lượng) tương đương với giá của nam châm ferrite và tính trên mỗi kg, nam châm NdFeB có giá cao gấp khoảng 10 đến 20 lần so với nam châm ferrite.
Một số tính chất quan trọng dùng để so sánh nam châm vĩnh cửu là: độ dư (Mr), đo cường độ của từ trường nam châm vĩnh cửu, lực cưỡng bức (Hcj), khả năng chống lại sự khử từ của vật liệu, tích năng lượng (BHmax), mật độ năng lượng từ ;Nhiệt độ Curie (TC), nhiệt độ tại đó vật liệu mất từ tính.Nam châm Neodymium có độ từ dư cao hơn, độ cưỡng bức cao hơn và tích năng lượng, nhưng nhìn chung thuộc loại nhiệt độ Curie thấp hơn, Neodymium hoạt động với Terbium và Dysprosium để duy trì đặc tính từ tính của nó ở nhiệt độ cao.
Thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Trong thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), cấu tạo của rôto nam châm vĩnh cửu dựa trên khung stato của động cơ cảm ứng ba pha mà không làm thay đổi hình dạng của stato và cuộn dây.Thông số kỹ thuật và hình học bao gồm: tốc độ động cơ, tần số, số cực, chiều dài stato, đường kính trong và ngoài, số khe rôto.Thiết kế của PMSM bao gồm tổn thất đồng, EMF ngược, tổn thất sắt và độ tự cảm và lẫn nhau, từ thông, điện trở stato, v.v.
Tính độ tự cảm và độ tự cảm lẫn nhau:
Độ tự cảm L có thể được định nghĩa là tỷ số giữa liên kết từ thông với dòng điện tạo ra từ thông I, tính bằng Henrys (H), bằng Weber trên mỗi ampe.Cuộn cảm là một thiết bị dùng để lưu trữ năng lượng trong từ trường, tương tự như cách tụ điện lưu trữ năng lượng trong điện trường.Cuộn cảm thường bao gồm các cuộn dây, thường quấn quanh lõi ferit hoặc lõi sắt từ và giá trị độ tự cảm của chúng chỉ liên quan đến cấu trúc vật lý của dây dẫn và tính thấm của vật liệu mà từ thông đi qua.
Các bước để tìm độ tự cảm như sau:1. Giả sử có dòng điện I trong dây dẫn.2. Sử dụng định luật Biot-Savart hoặc định luật vòng Ampe (nếu có) để xác định rằng B đủ đối xứng.3. Tính tổng thông lượng nối tất cả các mạch.4. Nhân tổng từ thông với số vòng để có được liên kết từ thông và tiến hành thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng cách đánh giá các thông số cần thiết.
Nghiên cứu cho thấy việc thiết kế sử dụng NdFeB làm vật liệu rôto nam châm vĩnh cửu AC đã làm tăng từ thông sinh ra trong khe hở không khí, dẫn đến giảm bán kính bên trong của stato, trong khi bán kính bên trong của stato sử dụng samarium coban vĩnh cửu. vật liệu rôto nam châm lớn hơn.Kết quả cho thấy tổn thất đồng hiệu quả trong NdFeB giảm 8,124%.Đối với samarium coban làm vật liệu nam châm vĩnh cửu, từ thông sẽ biến đổi theo hình sin.Nói chung, việc thiết kế và chế tạo động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu phải xem xét cả cấu trúc stato và rôto để có được động cơ hiệu suất cao.
Tóm lại là
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là động cơ đồng bộ sử dụng vật liệu từ tính cao để từ hóa và có đặc tính hiệu suất cao, cấu trúc đơn giản và điều khiển dễ dàng.Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu này có ứng dụng trong công nghệ kéo, ô tô, robot và hàng không vũ trụ.Mật độ công suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cao hơn động cơ cảm ứng có cùng thông số định mức vì không có công suất stator dành riêng để tạo ra từ trường..
Hiện tại, thiết kế của PMSM không chỉ yêu cầu công suất cao hơn mà còn yêu cầu khối lượng thấp hơn và mô men quán tính thấp hơn.
Thời gian đăng: Jul-01-2022