永久磁石同期モーターとは何ですか?

永久磁石同期モーターとは何ですか?

電気システムでは、 同期モーター は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する、最も広く使用されている定常状態の3相ACモーターです。このタイプのモーターは、一定の同期速度で動作し、供給周波数と同期しており、回転周期は積分数に等しくなります。 ACサイクルの。これは、モーターの速度が回転磁界に等しいことを意味します。このタイプのモーターは主に 電力システム 力率を改善します。モーターの磁力に応じて動作する非励起およびDC励起同期モーターがあります。リラクタンスモーター、ヒステリシスモーター、および永久磁石モーターは、非励起同期モーターです。この記事は、永久磁石同期モーターの動作に関するものです。



永久磁石同期モーターとは何ですか?

永久磁石同期モーターは、AC同期モーターの一種であり、正弦波の逆起電力を生成する永久磁石によって磁場が励起されます。と同じ回転子と固定子が含まれています 誘導電動機 、しかし永久磁石は磁場を作成するためのローターとして使用されます。したがって、界磁巻線を巻く必要はありません ローター 。三相ブラシレス永久正弦波モーターとしても知られています。ザ・ 永久磁石同期モーター図 以下に示します。


永久磁石同期モーター

永久磁石同期モーター





永久磁石同期モーター理論

永久磁石同期モーターは、従来のモーターと比較して、非常に効率的で、ブラシレスで、非常に高速で、安全で、高い動的性能を提供します。スムーズなトルクと低騒音を生み出し、主に次のような高速アプリケーションに使用されます。 ロボット工学 。これは、適用されたAC電源と同期速度で動作する3相AC同期モーターです。

ローターに巻線を使用する代わりに、永久磁石を取り付けて回転磁界を生成します。 DC電源が供給されていないため、これらは モーターの種類 非常にシンプルで低コストです。これには、3つの巻線が取り付けられた固定子と、界極を作成するために取り付けられた永久磁石を備えた回転子が含まれています。三相入力AC電源が固定子に与えられて動作を開始します。



動作原理

ザ・ 永久磁石同期モーターの動作原理 同期モーターに似ています。これは、同期速度で起電力を生成する回転磁界に依存します。三相電源を供給して固定子巻線に通電すると、エアギャップ間に回転磁界が発生します。

これにより、回転子の界磁極が同期速度で回転磁界を保持し、回転子が連続的に回転するときにトルクが発生します。これらのモーターは自動始動モーターではないため、可変周波数電源を提供する必要があります。


EMFとトルク方程式

同期機では、相ごとに誘導される平均EMFは、同期モーターで動的誘導EMFと呼ばれ、1回転ごとに各導体によってカットされる磁束はPϕWeberです。
その場合、1回転を完了するのにかかる時間は60 / N秒です。

導体ごとに誘導される平均EMFは、次を使用して計算できます。

(PϕN / 60)x Zph =(PϕN / 60)x 2Tph

どこ Tph = Zph / 2

したがって、フェーズごとの平均EMFは、

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4 ϕfTph

ここで、Tph =いいえ。フェーズごとに直列に接続されたターンの

ϕ =ウェーバーの磁束/極

P =いいえ。極の

F =周波数(Hz)

Zph =いいえ。相ごとに直列に接続された導体の。 = Zph / 3

EMFの式は、固定子のコイルと導体に依存します。このモーターでは、分配係数Kdとピッチ係数Kpも考慮されます。

したがって、 E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

永久磁石同期モーターのトルク方程式は次のように与えられます。

T =(3 x Eph xIphxsinβ)/ωm

永久磁石同期モーターの直接トルク制御

永久磁石同期モーターを制御するために、さまざまなタイプの 制御システム 。タスクに応じて、必要な制御手法が使用されます。永久磁石同期モーターのさまざまな制御方法は、

正弦波カテゴリ

  • スカラー
  • ベクトル:フィールド指向制御(FOC)(位置センサーありとなし)
  • 直接トルク制御

台形カテゴリー

  • オープンループ
  • 閉ループ(位置センサーありとなし)

このモーターの直接トルク制御技術は、効果的な動的性能と優れた制御範囲を備えた非常にシンプルな制御回路です。ローター用の位置センサーは必要ありません。この制御方法を使用する主な欠点は、高トルクと電流リップルが発生することです。

建設

ザ・ 永久磁石同期モーター構造 基本的な同期モーターに似ていますが、唯一の違いはローターです。回転子には界磁巻線はありませんが、永久磁石を使用して界磁極を作成します。 PMSMで使用される永久磁石は、透磁率が高いため、サマリウムコバルトと媒体、鉄、およびホウ素で構成されています。

最も広く使用されている永久磁石は、その効果的なコストと入手の容易さから、ネオジム-ホウ素-鉄です。このタイプでは、永久磁石がローターに取り付けられています。永久磁石のローターへの取り付けに基づいて、永久磁石同期モーターの構造は2つのタイプに分けられます。彼らです、

表面実装PMSM

この構造では、磁石はローターの表面に取り付けられています。堅牢ではないため、高速アプリケーションに適しています。永久磁石とエアギャップの透磁率が同じであるため、均一なエアギャップを提供します。リラクタンストルクがなく、高い動的性能を備え、ロボット工学やツールドライブなどの高速デバイスに適しています。

表面実装

表面実装

埋設PMSMまたは内部PMSM

このタイプの構造では、下の図に示すように、永久磁石がローターに埋め込まれています。高速アプリケーションに適しており、堅牢性があります。リラクタンストルクは、モーターの顕著性によるものです。

埋設PMSM

埋設PMSM

永久磁石同期モーターの動作

永久磁石同期モーターの動作は、従来のモーターと比較すると、非常にシンプルで高速、かつ効果的です。 PMSMの動作は、固定子の回転磁界と回転子の定磁界に依存します。永久磁石は、一定の磁束を生成するためのローターとして使用され、同期速度で動作およびロックします。これらのタイプのモーターは、ブラシレスDCモーターに似ています。

フェーザグループは、固定子の巻線を互いに結合することによって形成されます。これらのフェーザグループは、スター、デルタ、ダブルフェーズ、シングルフェーズなどのさまざまな接続を形成するために結合されます。高調波電圧を下げるには、巻線を互いに短く巻く必要があります。

固定子に3相AC電源を供給すると、回転磁界が発生し、回転子の永久磁石により定磁界が誘導されます。このローターは、同期速度と同期して動作します。 PMSMの全体的な動作は、無負荷の固定子と回転子の間のエアギャップに依存します。

エアギャップが大きい場合、モーターの風損が減少します。永久磁石によって作成された界極は顕著です。永久磁石同期モーターは自動始動モーターではありません。そのため、固定子の可変周波数を電子的に制御する必要があります。

永久磁石同期モーターとBLDC

永久磁石同期モーター(PMSM)とBLDC( ブラシレスDCモーター ) 以下のものが含まれます。

永久磁石同期モーター

BLDC

これらはブラシレスAC同期モーターですこれらはブラシレスDCモーターです
トルクリップルはありませんトルクリップルが存在する
パフォーマンス効率が高いパフォーマンス効率が低い
より効率的な効率が悪い
産業用アプリケーション、自動車、サーボモーター、ロボット工学、列車のドライブなどで使用されます電子ステアリングパワーシステム、HVACシステム、ハイブリッドトレインドライブ(電気)などで使用されます
低ノイズを生成します高ノイズを発生します。

利点

ザ・ 永久磁石同期モーターの利点 含める、

  • 高速でより高い効率を提供します
  • さまざまなパッケージで小さいサイズで利用可能
  • メンテナンスと設置は誘導電動機よりも非常に簡単です
  • 低速でフルトルクを維持することができます。
  • 高効率と信頼性
  • スムーズなトルクとダイナミックなパフォーマンスを提供します

短所

永久磁石同期モーターの欠点は、

  • これらのタイプのモーターは、誘導モーターと比較すると非常に高価です。
  • 自走式ではないので、なんとなく起動が難しい。

アプリケーション

永久磁石同期モーターの用途は、

  • エアコン
  • 冷蔵庫
  • ACコンプレッサー
  • ダイレクトドライブの洗濯機
  • 自動車用電動パワーステアリング
  • 工作機械
  • 先行および遅延力率を改善するための大電力システム
  • トラクションの制御
  • データストレージユニット。
  • サーボドライブ
  • ロボット工学、航空宇宙などの産業用アプリケーション。

したがって、これはすべてについてです 永久磁石同期モーターの概要 –定義、動作、動作原理、図、構造、長所、短所、アプリケーション、起電力、およびトルク方程式。ここにあなたへの質問があります。」同期モーターで永久磁石を使用する目的は何ですか?