Dauermagnetmotoren erhöhen die Präzision der industriellen Effizienz

Elektrische Motoren sind die Kraft der modernen Industrie, und unter ihnen entwickeln sich Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) als eine überlegene Lösung in mehreren Sektoren.Welche Vorteile bieten sie gegenüber herkömmlichen Motoren? Welche genialen Entwürfe sind in ihrer Struktur verborgen? Welche einzigartigen Steuerungsstrategien machen sie auffällig?Kontrollmethoden, und Anwendung.

Der Permanent Magnet Synchron Motor (PMSM) ist eine Art Synchronmotor, bei dem das Anregungsmagnetfeld durch Permanentmagnete erzeugt wird.Verglichen mit herkömmlichen elektrisch erreichten Synchronmotoren, PMSM eliminieren die Notwendigkeit für zusätzliche Anregungswicklungen und Stromquellen, was zu einer kompakteren Struktur und einer höheren Effizienz führt.PMSM bieten eine höhere Leistungsdichte, Drehmoment-Inertia-Verhältnis und Steuergenauigkeit, die sie ideal für Hochleistungs-Servoantriebe, Elektrofahrzeuge, Windenergieerzeugung und andere Anwendungen machen.

PMSM bestehen hauptsächlich aus zwei Teilen: dem Stator und dem Rotor.

Der Stator, die stationäre Komponente eines PMSM, besteht hauptsächlich aus dem Statorkern und den Statorwicklungen.Stator-Windungen sind in die Schlitze des Stator-Kerns eingebettet, die mehrphasige Wechselstromwicklungen bilden, wobei zweiphasige und dreiphasige Konfigurationen am häufigsten vorkommen.

Verteilte Wicklungen verfügen über mehrere Schlitze pro Pol pro Phase (Q=2,3Der Vorteil liegt darin, daß sie höhere Harmoniken effektiv unterdrücken und die Motorleistung verbessern, obwohl die Herstellungskomplexität steigt.

Konzentrierte Wicklungen verwenden einen Schlitz pro Pol pro Phase (Q=1). Sie sind zwar einfacher zu fertigen, erzeugen jedoch einen höheren harmonischen Gehalt und erfordern zusätzliche Maßnahmen zur Harmonikunterdrückung.

Der Rotor, die rotierende Komponente, verfügt über Permanentmagnete als seine wichtigste Innovation.

Bei SPMSMs werden Magnete direkt auf der Rotoroberfläche montiert.aber unter geringerer mechanischer Festigkeit und Magnetenanfälligkeit für Luftlücke leidet.

IPMSM integrieren Magnete in den Rotor, die eine überlegene mechanische Festigkeit und die Fähigkeit bieten, Reluctance-Drehmoment für eine erhöhte Drehmomentdichte zu nutzen.einschließlich Einlagenelemente, mehrschichtige und V-Arrangements.

Eine weitere Klassifizierung auf der Grundlage des Ausmaßes der PMSM unterteilt sich in:

• PMSM für den aufragenden Pol:Bei denen sich die Induktivität der direkten Achse (Ld) von der Induktivität der Quadraturachse (Lq) unterscheidet.
• PMSM mit nicht ausstehendem Pol:Wo Ld gleich Lq ist.

PMSM funktionieren durch die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld des Stator und dem permanenten Magnetfeld des Rotors.Es erzeugt ein rotierendes Magnetfeld.Das Permanentmagnetfeld des Rotors synchronisiert sich mit diesem rotierenden Feld und erzeugt Drehmoment, das die Rotation antreibt.Synchronbetrieb tritt auf, wenn die Rotorschwindigkeit der Drehgeschwindigkeit des Statorfeldes entspricht.

Ähnlich wie bei Induktionsmotoren erzeugt der dreiphasige Wechselstrom in PMSM-Statorwicklungen ein rotierendes Magnetfeld.

n = 60f / p

Hierbei ist n die Drehgeschwindigkeit (rpm), f die Frequenz (Hz) und p die Anzahl der Polpaare.

Durch die Wechselwirkung zwischen den permanenten Magnetfeldern des Rotors und den rotierenden Feldern des Stators entsteht ein elektromagnetisches Drehmoment.und MotorstrukturparameterSPMSM erzeugen hauptsächlich Permanentmagnet-Drehmoment, während IPMSM aufgrund ihrer hervorstechenden Polkonstruktion sowohl Permanentmagnet-Drehmoment als auch Widerstands-Drehmoment erzeugen.

Die PMSM-Steuerung zielt auf eine präzise Regulierung von Geschwindigkeit, Drehmoment und Position ab.

Diese einfache Methode steuert die Motorgeschwindigkeit, indem sie ein konstantes Spannungs-Frequenz-Verhältnis aufrechterhält.für Hochleistungsanwendungen ungeeignet.

Diese fortschrittliche Technik zerlegt den Statorstrom in Erregungs- und Drehmomentkomponenten für eine unabhängige Steuerung.FOC liefert hohe Präzision und dynamische Reaktion, erfordert aber komplexe Algorithmen mit Koordinatentransformationen und Parameteridentifikation.

Mit Hilfe des Rotorflusses wird der Statorstrom in d- und q-Achsenkomponenten aufgeteilt, um separate Anregungen und Drehmomentregelungen zu ermöglichen.mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 W.

Diese Variation verwendet den Statorfluss als Referenz, wodurch die direkte Abhängigkeit von der Rotorposition eliminiert, aber die algorithmische Komplexität erhöht wird.

DTC reguliert das Drehmoment direkt, indem es die Spannungsvektoren des Stators so steuert, dass sie den Referenzdrehmoment- und Flusswerten entsprechen.es erzeugt eine erhebliche Drehmomentwelle, die Abmilderung erfordert.

Die Beseitigung von Positionssensoren reduziert Kosten und Komplexität.

Diese Methode schätzt die Position des Rotors anhand von Rückwärts-EMF-Beobachtungen, hat jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten Probleme, da kleine Signalamplitudes anfällig für Geräuschstörungen sind.

Durch die Einspritzung von Hochfrequenzsignalen und die Überwachung von Induktivitätsschwankungen, die durch Ausprungseffekte verursacht werden, funktioniert dieser Ansatz gut für IPMSMs, erfordert jedoch höhere Schaltfrequenzen.

Bei PMSM mit trapezförmigem Rück-EMF erzeugt diese einfache Methode eine signifikante Drehmoment-Wellenbildung.

Im Vergleich zu herkömmlichen Induktionsmotoren bieten PMSMs:

Durch die Beseitigung des Erregungsstroms werden Verluste reduziert, die besonders bei leichten Lasten spürbar sind.Studien zeigen, dass PMSM unter vergleichbaren Bedingungen einen um etwa 2% höheren Wirkungsgrad erzielen als Induktionsmotoren mit hoher Effizienz (IE3).

Hochenergetische Permanentmagnete ermöglichen stärkere Magnetfelder in kompakten Abmessungen und liefern mehr Leistung pro Volumeneinheit.

Kompaktes Rotordesign mit geringer Trägheit erleichtert schnelle Start-Stopp-Operationen und Beschleunigung und verbessert die dynamische Reaktion.

Fortgeschrittene Steuerungsmethoden wie FOC und DTC ermöglichen eine präzise Regulierung von Geschwindigkeit, Drehmoment und Position und erfüllen anspruchsvolle Servoanwendungen.

PMSM zeichnen sich in verschiedenen Bereichen aus:

Ideal für EV-Antriebssysteme, verbessern PMSM Reichweite und Beschleunigung.

Die PMSM-Windkraftanlagen mit direktem Antrieb eliminieren Getriebe, reduzieren mechanische Verluste und Wartung und verbessern gleichzeitig die Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen.

Als Kernkomponenten von Hochleistungsservosystemen erfüllen PMSMs die hohen Anforderungen von Industrierobotern und CNC-Werkzeugmaschinen.

PMSM werden häufig in inverterbasierten Klimaanlagen, Waschmaschinen und Kühlschränken eingesetzt. Sie erhöhen die Energieeffizienz und reduzieren gleichzeitig Lärm und verlängern die Lebensdauer.

Mit ihrer überlegenen Effizienz, Leistungsdichte und Steuergenauigkeit stellen PMSMs einen bedeutenden Fortschritt in der Motorentechnologie dar.Da sich Permanentmagnetmaterialien und Steuerungsalgorithmen weiterentwickelnDie Forschung im Bereich Motorentwurf, Steuerungsstrategien,und sensorlose Techniken verspricht, die kontinuierliche Entwicklung von PMSM zu fördern.