By
Permanente magneet synchrone motoren (PMSM)en synchrone reluctantiemotoren dragen hun belang in de sfeer van hedendaagse motortechnologieën. Hoewel deze motoren structureel onder de synchrone vallen motoren familie, is er een aanzienlijk verschil in ontwerp- en werkingsprincipes en de gebieden waar ze worden toegepast.
Bij de meeste PMSM's is de rotor gemaakt van hoogwaardig, zeldzaam-aarde permanent magneetmateriaal zoals neodymium-ijzer-borium (NdFeB) of samarium-kobalt (SmCo), dat een sterk magnetisch veld levert zonder externe excitatiekracht. De stator omvat een ijzeren kern en wikkelingen waarin een driefasige wisselstroom wordt geleid om een roterend magnetisch veld te creëren. Normaal gesproken is de rotorstructuur voor een PMSM eenvoudig, klein en lichtgewicht.
De meeste SynRM's maken gebruik van een unieke rotorconfiguratie, die normaal gesproken van het niet-gestapelde type is, een gebruikelijke manier om het wervelstroomverlies erin te verminderen. Er zitten geen permanente magneten op de rotor; het koppel wordt in plaats daarvan ontwikkeld met behulp van de hoge-reluctantie-eigenschappen van siliciumstaalplaten. De structuur van de stator zal dan in wezen identiek zijn aan de PMSM: ijzeren kern en wikkelingen. De SynRM-rotorstructuur is relatief ingewikkeld, hoewel minder kostbaar dan het maken van de rotor.
Het werkingsprincipe van de PMSM is in wezen gebaseerd op één interactie van magnetische velden. Volgens dit principe interageert het ontwikkelde rotatiemagnetische veld met het magnetische veld van de permanente magneten die op de rotor zijn gemonteerd, wanneer de wikkelingen op de stator worden geëxciteerd, waardoor het gedwongen wordt de rotatie te volgen die wordt uitgeoefend door het roterende magnetische veld. In de PMSM is een juiste regeling van rotatiesnelheid en koppel mogelijk door middel van geschikte frequentie-, fase- en amplituderegeling van statorstroom.
Synchrone reluctantiemotor versus permanente magneet. In een SynRM creëert de bekrachtiging van statorwikkelingen een roterend magnetisch veld dat een verandering in reluctantie in de rotor veroorzaakt. Het past automatisch zijn positie aan om de reluctantie te minimaliseren en bereikt zo synchrone rotatie met het roterende magnetische veld. De SynRM is afhankelijk van de variatie van reluctantie in de rotor voor koppelproductie en daarom zijn de meeste koppelkarakteristieken van de SynRM anders dan die van de PMSM.
Permanente magneten die worden gebruikt als bron van magnetische velden zijn verantwoordelijk voor de hoge efficiëntie en het lage energieverbruik van PMSM's. Voor hogere snelheden, onder nominale belastingsomstandigheden, zullen PMSM's normaal gesproken een betere efficiëntie leveren. SynRM vereist een extra stroomtoevoer om magnetische velden te produceren en is daarom iets minder efficiënt dan PMSM. Het kan anders zijn onder gedeeltelijke belastingsomstandigheden, aangezien SynRM de prestaties kan optimaliseren op basis van de aanpassing van het stroomniveau.
Precieze veranderende frequentie, fase en amplitude van statorstroom, hoge efficiëntie, breed snelheidsbereik en goede prestaties op snelheidsregeling maken de PMSM's mogelijk. Aan de andere kant is het dynamisch responsief, zodat elke verandering in belasting direct wordt beantwoord door de motor, wat mogelijk niet wordt afgeluisterd. Hoewel SynRM lijdt aan een paar nadelen, zoals relatief lage snelheid en dynamische respons in vergelijking met PMSM, is de vereiste regelstrategie aanzienlijk verminderd, zodat het ontwerp van het regelsysteem relatief eenvoudig is.
Thermische prestaties en betrouwbaarheid Het permanente magneetmateriaal van PMSM is gemaakt van zeldzaam aarde permanent magneetmateriaal waarvan de hoge temperatuurbestendigheidsprestaties relatief goed zijn. Het gevaar ervan is het risico in een omgeving met hoge temperaturenzachte permanente magneetdemagnetisatie. Bovendien is het een eenvoudige rotorstructuur; de structuur ervan maakt PMSM betrouwbaarder. Hoewel de SynRM een complexere rotorstructuur heeft, wordt nog steeds een goede thermische stabiliteit aangetoond, met lage temperatuurstijgingen, zodat het goede prestaties kan behouden bij hoge temperaturen. Bovendien zijn de kosten van het rotormateriaal lager, waardoor SynRM relatief goedkoop is om te produceren.
Belangrijke redenen waarom PMSM's op grote schaal worden gebruikt in high-end toepassingen in elektrische voertuigen, windenergieopwekking en machinegereedschappen zijn onder meer hun hoge efficiëntie, hogesnelheidsregelprestaties en snelle dynamische respons. De SynRM wordt toegepast in kostengevoelige gebieden zoals huishoudelijke apparaten en industriële apparatuur. Met een hoge thermische stabiliteit en lage temperatuurstijging kan SynRM goede prestaties behouden bij hoge temperaturen. Daarom wordt SynRM toegepast in enkele speciale gebieden zoals lucht- en ruimtevaart, olieboringen en andere afdelingen.
Ze verschillen enorm in structureel ontwerp, operationele principes, prestaties en toepassingsgebieden tussen synchrone reluctantiemotoren en PMSM. Permanente magneet synchrone motoren bezitten een hogere efficiëntie, hoge snelheidsregelprestaties en snelle dynamische respons; daarom kunnen ze de high-end arena in de markt beheersen. Toepassingen in kostengevoelige velden zullen echter worden gedomineerd door synchrone reluctantiemotoren vanwege hun lage prijzen, hoge thermische stabiliteit en eenvoudige structuur. Veel factoren moeten worden overwogen voor de selectie van een motortype, rekening houdend met de specifieke toepassingsvereisten en scenario's, om het meest geschikte type motor te kiezen. In de toekomst, met voortdurende verbetering van de technologie en uitbreiding van toepassingsgebieden, zullen beide typen motoren belangrijker worden in hun respectievelijke velden.
Welke invloed heeft de afwezigheid van permanente magneten in SynRMs op hun ecologische duurzaamheid?
SynRMs zijn niet afhankelijk van zeldzame-aardemagneten, waardoor de milieuproblemen die gepaard gaan met het delven en recyclen van materialen zoals neodymium, worden verminderd.
