By
PM-motoren zijn tegenwoordig ook toegetreden tot de industriële sector. In tegenstelling tot inductiemotoren heeft de rotor bij PM-motoren magneten die het veld creëren wanneer de werking wordt gestart. Dit artikel geeft inzicht in de concepten, principes en belangrijkste componenten van PM-motoren.
Het meest fundamentele verschil tussen PM-motoren en inductiemotoren betreft de methode van het creëren van magnetische velden. Inductiemotoren gebruiken een roterend veld dat wordt geïnduceerd in de statorwikkelingen om stromen in de rotor te induceren, die vervolgens interacteren met het statorveld om de drijvende kracht te creëren. Een van de bijzondere kenmerken van inductiemotoren is dat er een snelheidsverschil moet zijn tussen de rotor en het magnetische veld om de stroom te induceren. Vanwege dit feit werken ze goed in combinatie met frequentieregelaars om een verandering in snelheid te bereiken.
Magneetmotoren, ook wel PM-motoren genoemd, bouwen velden op met behulp van magneten in de rotor en hebben dus geen statorveld nodig om flux te koppelen. Dit natuurlijk aangepaste ontwerp leent zich voor hogere efficiëntie in toepassingen die snelheidsvariatie vereisen. Gebaseerd op de plaatsing van de magneet, zijn er twee primaire vormen van permanente magneetmotoren: Surface Permanent Magnet Motors en Interior Permanent Magnet Motors. De duurzaamheid, magnetische kracht en elektromagnetische eigenschappen van de motoren variëren per type.
Om de werking van PM-motoren te begrijpen, moeten enkele belangrijke gerelateerde concepten met betrekking tot flux, fluxkoppeling en magnetische velden worden begrepen.
Een veld ontstaat wanneer er stroom door een geleider gaat. Flux is een maat voor de snelheid van overdracht van een kenmerk over een gebied. Voor motoren is flux hoe snel het magnetische veld zich verspreidt over het oppervlak van de draden.
Fluxkoppeling is een interactie van een magnetisch veld met een materiaal, zoals door een spoel. Het hangt af van het aantal windingen in de wikkeling en de magnetische flux, die vaak wordt weergegeven door het symbool ϕ dat de waarde van de flux met de tijd weergeeft. De formule om de fluxkoppeling te vinden is λ = N × ϕ, waarbij λ de fluxkoppeling is, N het aantal windingen en ϕ de flux.
Magnetisch velddiagram dat laat zien hoe magnetisme zich door de ruimte van een geleider beweegt. In magneetmotoren worden magneten aan het oppervlak van de rotor bevestigd om het veld te creëren.
Bij het bespreken van de kenmerken van PM-motoren is het belangrijk om rekening te houden met de concepten inductie en EMF.
Inductantie, L: Dit is de evenredigheidsconstante van de geïnduceerde spanning met betrekking tot veranderingen in stroom. Met andere woorden, inductantie is fluxkoppeling per eenheidsstroom. Het is gerelateerd aan geometrische eigenschappen: het pad van de stroom, en het wordt gemeten in Henry's (H). Inductantie in PM-motoren kan worden onderscheiden in d-as inductantie en q-as inductantie volgens de positie van de rotor en de magnetische polen.
Tegen-EMK: De spanning wordt geïnduceerd in de statorwikkelingen vanwege de relatieve beweging tussen het magnetische veld van de rotor en de statorwikkelingen tijdens de rotatie van de motor. In het geval van PM-motoren is het magnetische veld afkomstig van permanente magneten op de rotor; daarom worden er spanningen geïnduceerd in de statorwikkelingen zolang de rotor in beweging is. Dit veroorzaakt een tegen-EMK die lineair stijgt met de toename van de snelheid van de motor, en wordt zo een belangrijke factor bij het bepalen van de maximale bedrijfssnelheid van de motor.
Er worden twee belangrijke assen gebruikt voor de beschrijving van de elektromagnetische eigenschappen van PM-motoren.
D-as (directe as): Deze ligt langs de hoofdfluxrichting van de motor. D-as-inductantie komt overeen met de inductantiewaarde wanneer de flux door de magnetische pool stroomt.
Q-as (kwadratuuras): Dit komt overeen met de hoofdkoppelgeneratierichting van de motor. Q-as-inductantie komt overeen met de inductantiewaarde wanneer de flux tussen de magnetische polen stroomt.
Voor PM-motoren met inwendige magneet zijn de inductantiewaarden van de d-as en q-as verschillend omdat de aanwezigheid van magneten het kernmateriaal langs de d-as reduceert, waardoor de inductantie wordt gereduceerd. Voor PM-motoren met oppervlakte zijn de inductantiewaarden van de d-as en q-as vrijwel identiek omdat de magneten zich aan de buitenkant van de rotor bevinden en geen invloed hebben op de verbinding van het magnetische veld van de stator met de kern.
Magnetische saillantie is een maat voor de relatieve variatie van de d-as en q-as inductantie met betrekking tot de rotorpositie. Een van de belangrijkste ontwerpoverwegingen voor PM-motoren is magnetische saillantie. In de meeste gevallen is deze maximaal bij een elektrische hoek van 90 graden, waarbij het verschil tussen de q-as en d-as inductantie het grootst is.
De twee belangrijkste componenten van het koppel dat in de PM-motoren wordt ontwikkeld, zijn magnetisch koppel en reluctantiekoppel. Het magnetische koppel is het gevolg van de interactie tussen de magnetische flux van de rotor en de stroom van de statorwikkeling. Het reluctantiekoppel vindt zijn oorsprong in de voorkeur van de rotoras om uitgelijnd te worden langs het statorfluxveld. Het werkelijke uitgangskoppel van de motor wordt door beide bepaald.
De meest fundamentele verschillen in PM-motoren liggen in het feit dat bij een verhoogde belastingstroom de waarden van de d- en q-as-inductantie worden verlaagd vanwege magnetische verzadiging in het kernmateriaal. Boven een bepaalde grootte van de flux neemt de inductantie van de kern niet verder toe en kan ook worden verlaagd.
Het verzwakken van de flux is een techniek die het fluxveld vermindert om de back-EMK te verlagen en zo hogere snelheden mogelijk te maken. Normaal gesproken heeft deze bewerking extra stroom in de motor nodig en door de richting van de stroom in de d-as te veranderen, kan de motor de flux verzwakken of versterken door operationele eisen.
PM-motoren kunnen worden onderverdeeld in structurele typen: interne magneetmotoren en oppervlaktemagneetmotoren. Elk structureel type PM-motor heeft relatieve voor- en nadelen, waarbij de keuze vaak verband houdt met de toepassing. Bijvoorbeeld, in dergelijke toepassingen waar hoge mechanische sterkte bij hoge snelheden gevraagd is, zal het ideaal zijn om de magneten in de rotor te laten inbedden, terwijl oppervlaktemagneetmotoren gemakkelijker te maken zijn en resulteren in lagere kosten.
De prestaties van PM-motoren zijn grotendeels afhankelijk van de magnetische materialen. Permanente magnetische materialen die over het algemeen worden gebruikt in PM-motoren, zoals neodymium-ijzer-boron (NdFeB) en samarium-kobalt (SmCo), hebben verschillende kenmerken: magnetische prestaties en hogetemperatuurbestendigheid variëren. In dit opzicht is de selectie van magnetisch materiaal nauw verbonden met het toepassingsscenario en daarom moet het op de juiste manier worden gekozen tijdens het motorontwerpproces.
Met de geavanceerde ontwikkeling op het gebied van aandrijftechnologieën zijn moderne AC-aandrijvingen met variabele snelheid ook in staat tot zelfdetectie en zelfs gesloten-lusregeling door de poolpositie van de motor te detecteren of te volgen om het uitgangskoppel te maximaliseren en de efficiëntie te optimaliseren. Dit regelschema vindt veel toepassingen in servomotoren die worden toegepast in positieregeltoepassingen, die zowel een hoge nauwkeurigheid als snelle snelheidsreacties vereisen.
Servomotoren hebben vaak een intern permanent magneetontwerp en worden gekoppeld aan een specifieke versterker. De twee samen, geoptimaliseerd en afgestemd door de fabrikant, zijn ontworpen om optimaal te werken. In praktische toepassingen hebben de servomotoren vaak hun implementaties gezien in CNC-machines, robotica en automatiseringsapparatuur.
Hoewel deze materialen "permanente magneten" worden genoemd, is de naam niet permanent in de echte zin van het woord. Onder veranderingen in externe omstandigheden, bijvoorbeeld mechanische stress, hoge temperaturen of sterke elektromagnetische interferentie, kan hun magnetisme verzwakken of falen.
Mechanische belasting: Permanente magneten kunnen hun magnetisme verliezen als gevolg van interne structurele veranderingen wanneer ze worden blootgesteld aan zware schokken of vallen.
De invloed van temperatuur op materialen is dat elk materiaal een eigen temperatuur heeft, de zogenaamde “Curietemperatuur”, waarbij het niet langer magnetisch is.
De magnetische eigenschappen van magneten kunnen verstoord worden, wat kan leiden tot verlies van magnetisme.
Het is daarom van essentieel belang om rekening te houden met deze demagnetisatieaspecten en strategieën te integreren bij de ontwikkeling en het gebruik van PM-motoren.
X.Enneng: Bevordering van de ontwikkeling van hoog-efficiënte permanente magneetmotoren
ENNENG was een fabrikant van magneetmotoren, een bedrijf dat officieel bekend stond als Qingdao Enneng Magnet Motor Co., Ltd. Het is gevestigd in de regio Qingdao in China. De soorten fabricage omvatten standaard, gangbare en aangepaste typen zoals tandwielloos en aangedreven. Motoren die bij ENPMSM worden gemaakt, zijn bedoeld voor industrieën in de energiecentrales, metallurgie, chemische velden, mijnen en olievelden. Enneng staat bekend om zijn nadruk op innovatie en huisvest een onderzoeks- en ontwikkelingsteam met verworven technische patenten. Zijn toewijding aan vooruitgang heeft het erkend als een van de uitstekende "Honderd innovatieve ondernemingen" in Qingdao.
PM-motoren zijn zeer efficiënt en nauwkeurig; daarom is hun vraag in consumententoepassingen hoog. Het begrijpen van de principes en concepten van deze motoren is belangrijk voor een beter ontwerp en prestatiegarantie. Met de evolutie van technologie zullen de toepassingen van PM-motoren bredere toepassingen vinden en aanzienlijk bijdragen aan energiesystemen.
