Che cos'è un motore sincrono a magneti permanenti e il suo funzionamento

In un impianto elettrico, motori sincroni sono i motori trifase a corrente continua più utilizzati, che convertono l'energia elettrica in energia meccanica. Questo tipo di motore funziona a velocità sincrona, che è costante ed è sincrono con la frequenza di alimentazione e il periodo di rotazione è pari all'integrale n. di cicli AC. Ciò significa che la velocità del motore è uguale al campo magnetico rotante. Questo tipo di motore utilizzato principalmente in sistemi di alimentazione per migliorare il fattore di potenza. Esistono motori sincroni non eccitati ed eccitati in CC, che funzionano in base alla potenza magnetica del motore. I motori a riluttanza, i motori a isteresi e i motori a magneti permanenti sono i motori sincroni non eccitati. Questo articolo riguarda il funzionamento di un motore sincrono a magneti permanenti.

Cos'è un motore sincrono a magneti permanenti?

I motori sincroni a magneti permanenti sono uno dei tipi di motori sincroni AC, dove il campo è eccitato da magneti permanenti che generano back EMF sinusoidali. Contiene un rotore e uno statore uguali a quelli di un motore a induzione , ma un magnete permanente viene utilizzato come rotore per creare un campo magnetico. Quindi non è necessario avvolgere l'avvolgimento di campo il rotore . È anche noto come motore a onda sinusoidale permanente senza spazzole trifase. Il schema del motore sincrono a magneti permanenti è mostrato sotto.

Motore sincrono a magneti permanenti

Teoria del motore sincrono a magneti permanenti

I motori sincroni a magneti permanenti sono molto efficienti, senza spazzole, molto veloci, sicuri e offrono elevate prestazioni dinamiche rispetto ai motori convenzionali. Produce una coppia regolare, a basso rumore e viene utilizzato principalmente per applicazioni ad alta velocità come robotica . È un motore sincrono CA trifase che funziona a velocità sincrona con la sorgente CA applicata.

Invece di utilizzare l'avvolgimento per il rotore, vengono montati magneti permanenti per creare un campo magnetico rotante. Poiché non vi è alcuna fornitura di sorgente CC, questi tipi di motori sono molto semplici e costano meno. Contiene uno statore con 3 avvolgimenti installati su di esso e un rotore con un magnete permanente montato per creare poli di campo. L'alimentazione trifase in ingresso viene fornita allo statore per iniziare a funzionare.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti è simile al motore sincrono. Dipende dal campo magnetico rotante che genera forza elettromotrice a velocità sincrona. Quando l'avvolgimento dello statore viene eccitato fornendo l'alimentazione trifase, viene creato un campo magnetico rotante tra i traferri.

Questo produce la coppia quando i poli del campo del rotore mantengono il campo magnetico rotante a velocità sincrona e il rotore ruota continuamente. Poiché questi motori non sono motori ad avviamento automatico, è necessario fornire un'alimentazione a frequenza variabile.

EMF ed equazione di coppia

In una macchina sincrona, l'EMF medio indotto per fase è chiamato EMF dinamico induce in un motore sincrono, il flusso tagliato da ciascun conduttore per giro è Pϕ Weber
Quindi il tempo necessario per completare un giro è di 60 / N sec

L'EMF medio indotto per conduttore può essere calcolato utilizzando

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Dove Tph = Zph / 2

Pertanto, l'EMF medio per fase è,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Dove Tph = no. Di spire collegate in serie per fase

ϕ = flusso / polo in weber

P = no. Di pali

F = frequenza in Hz

Zph = no. Di conduttori collegati in serie per fase. = Zph / 3

L'equazione EMF dipende dalle bobine e dai conduttori sullo statore. Per questo motore vengono considerati anche il fattore di distribuzione Kd e il fattore di passo Kp.

Quindi, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

L'equazione della coppia di un motore sincrono a magneti permanenti è data come,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Controllo diretto della coppia del motore sincrono a magneti permanenti

Per controllare il motore sincrono a magneti permanenti, utilizziamo diversi tipi di sistemi di controllo . A seconda dell'attività, viene utilizzata la tecnica di controllo necessaria. I diversi metodi di controllo del motore sincrono a magneti permanenti sono,

Categoria sinusoidale

• Scalare
• Vector: Field oriented control (FOC) (con e senza sensore di posizione)
• Controllo diretto della coppia

Categoria trapezoidale

• Anello aperto
• Anello chiuso (con e senza sensore di posizione)

La tecnologia di controllo diretto della coppia di questo motore è un circuito di controllo molto semplice con prestazioni dinamiche efficaci e una buona gamma di controllo. Non richiede alcun sensore di posizione per il rotore. Il principale svantaggio dell'utilizzo di questo metodo di controllo è che produce una coppia elevata e un'ondulazione di corrente.

Costruzione

Il costruzione del motore sincrono a magneti permanenti è simile al motore sincrono di base, ma l'unica differenza è con il rotore. Il rotore non ha alcun avvolgimento di campo, ma i magneti permanenti vengono utilizzati per creare poli di campo. I magneti permanenti utilizzati nel PMSM sono costituiti da samario-cobalto e mezzo, ferro e boro a causa della loro maggiore permeabilità.

Il magnete permanente più utilizzato è il neodimio-boro-ferro a causa del suo costo effettivo e della facilità di disponibilità. In questo tipo, i magneti permanenti sono montati sul rotore. Sulla base del montaggio del magnete permanente sul rotore, la costruzione di un motore sincrono a magneti permanenti è divisa in due tipi. Sono,

PMSM a plafone

In questa costruzione, il magnete è montato sulla superficie del rotore. È adatto per applicazioni ad alta velocità, poiché non è robusto. Fornisce un traferro uniforme perché la permeabilità del magnete permanente e del traferro è la stessa. Nessuna coppia di riluttanza, prestazioni dinamiche elevate e adatto per dispositivi ad alta velocità come robotica e azionamenti utensile.

Montaggio superficiale

PMSM sepolto o PMSM interno

In questo tipo di costruzione, il magnete permanente è incorporato nel rotore come mostrato nella figura sotto. È adatto per applicazioni ad alta velocità e ottiene robustezza. La coppia di riluttanza è dovuta alla salienza del motore.

PMSM sepolto

Funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti

Il funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti è molto semplice, veloce ed efficace rispetto ai motori convenzionali. Il funzionamento del PMSM dipende dal campo magnetico rotante dello statore e dal campo magnetico costante del rotore. I magneti permanenti vengono utilizzati come rotore per creare un flusso magnetico costante, funziona e si blocca a velocità sincrona. Questi tipi di motori sono simili ai motori CC senza spazzole.

I gruppi fasori sono formati unendo tra loro gli avvolgimenti dello statore. Questi gruppi di fasori sono uniti per formare connessioni diverse come una stella, delta, doppia e singola fase. Per ridurre le tensioni armoniche, gli avvolgimenti dovrebbero essere avvolti brevemente l'uno con l'altro.

Quando l'alimentazione AC trifase viene fornita allo statore, crea un campo magnetico rotante e il campo magnetico costante viene indotto a causa del magnete permanente del rotore. Questo rotore funziona in sincronismo con la velocità sincrona. L'intero funzionamento del PMSM dipende dal traferro tra statore e rotore senza carico.

Se il traferro è grande, le perdite d'aria del motore saranno ridotte. I poli di campo creati dal magnete permanente sono salienti. I motori sincroni a magneti permanenti non sono motori ad avviamento automatico. Quindi, è necessario controllare elettronicamente la frequenza variabile dello statore.

Motore sincrono a magneti permanenti vs BLDC

Le differenze tra motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) e BLDC ( motori CC senza spazzole ) include il seguente.

Vantaggi

Il vantaggi del motore sincrono a magneti permanenti includere,

• fornisce una maggiore efficienza alle alte velocità
• disponibile in piccole dimensioni in diverse confezioni
• la manutenzione e l'installazione è molto semplice di un motore a induzione
• in grado di mantenere la piena coppia a basse velocità.
• alta efficienza e affidabilità
• fornisce una coppia fluida e prestazioni dinamiche

Svantaggi

Gli svantaggi dei motori sincroni a magneti permanenti sono,

• Questi tipi di motori sono molto costosi rispetto ai motori a induzione
• In qualche modo difficili da avviare perché non sono motori ad avviamento automatico.

Applicazioni

Le applicazioni dei motori sincroni a magneti permanenti sono,

• Condizionatori
• Frigoriferi
• Compressori AC
• Lavatrici, che sono a trasmissione diretta
• Servosterzo elettrico automobilistico
• Macchine utensili
• Grandi sistemi di alimentazione per migliorare il fattore di potenza principale e in ritardo
• Controllo della trazione
• Unità di archiviazione dati.
• Servoazionamenti
• Applicazioni industriali come robotica, aerospaziale e molte altre.

Quindi, questo è tutto una panoramica del motore sincrono a magneti permanenti - definizione, funzionamento, principio di funzionamento, diagramma, costruzione, vantaggi, svantaggi, applicazioni, fem ed equazione di coppia. Ecco una domanda per te: 'Qual è lo scopo dell'utilizzo di un magnete permanente nei motori sincroni?