Hoe om te gaan met de nullasttoestand van een synchrone motor met permanente magneet?

De permanentmagneet-synchrone motor bestaat hoofdzakelijk uit een stator, rotor en eindkap. De stator is gemaakt van gelamineerde platen om het ijzerverlies tijdens het draaien van de motor te verminderen. Deze draagt ​​een driefasige wisselstroomwikkeling, ook wel anker genoemd. De rotor kan massief zijn of geperst uit lamellen waaraan permanentmagneetmateriaal kan worden bevestigd. Afhankelijk van de plaatsing van het permanentmagneetmateriaal op de rotor van de motor, kan een permanentmagneet-synchrone motor worden onderverdeeld in twee structurele vormen: het geprojecteerde type en het ingebouwde type.

De magnetische circuitstructuur is eenvoudig met lage productiekosten in de uitstekende rotor. Eén beperking is echter dat de startwikkeling niet op het oppervlak kan worden geïnstalleerd en dat asynchroon starten niet kan worden gerealiseerd. Integendeel, de magnetische circuitstructuren van de ingebouwde rotoren zijn ingewikkelder en kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdtypen: radiaal, tangentieel en hybride. Deze typen verschillen voornamelijk in de relatie tussen de magnetisatierichting van een permanente magneet en de rotatierichting van een rotor.

PMSM's worden algemeen beschouwd als motoren met een hoog rendement vanwege hun superieure vermogensdichtheid, hoge efficiëntie en betrouwbaarheid. Ondanks de vele voordelen van PMSM's, kunnen er verschillende problemen optreden tijdens onbelaste werking: oscillatie, ruis en vermogensschommelingen. Er kunnen verschillende benaderingen worden gebruikt om deze problemen te overwinnen en de prestaties van PMSM's te optimaliseren.

De radiale magnetische circuitstructuur heeft permanente magneten die radiaal zijn gerangschikt en de richting van magnetisatie staat loodrecht op de rotatie van de rotor. Het kan een sterk magnetisch veld leveren, wat bijdraagt ​​aan een hoog koppel en efficiëntie.

In de magnetische circuitstructuur tangentieel-type zijn echter alleen de permanente magneten tangentieel aan de cirkel van rotorrotatie gerangschikt. Deze zullen een toenemend effect hebben op de magnetische veldverdeling, waardoor elk coggingkoppel in een dergelijk motorontwerp tot een minimum wordt beperkt.

Een hybride type combineert kenmerken van de radiale en tangentiële configuratie, waarbij een compromis tussen verschillende voordelen van beide wordt gezocht. Optimalisatie van de magnetisatierichting door het magnetische circuit te verbeteren, verhoogt de prestatie en efficiëntie van de hybride ontwerpen om ook aan specifieke toepassingsvereisten te voldoen.

In de praktijk worden de oplossingen voor nullastproblemen met betrekking tot PMSM's op verschillende manieren geboden:

Belastingssimulatietechnieken : Deze technieken compenseren de oscillaties bij nullast door de belastingomstandigheden te simuleren en zo de stabiliteit tijdens nullastwerking te behouden. Dit is met name nuttig in bepaalde toepassingen, omdat hiermee een consistente prestatie kan worden gewaarborgd.

Adaptieve besturingssystemen : passen zich aan wanneer de belasting snel verandert om optimale prestaties van de motor te bereiken. Dankzij hun realtime aanpassing aan fluctuerende belastingen wordt onnodig energieverbruik voorkomen en kan schade door schommelingen worden geminimaliseerd.

Geluidsreducerende maatregelen : De akoestische behuizing en het periodieke balanceren van de rotor kunnen het geluid aanzienlijk verminderen. Deze maatregelen zijn van groot belang in een omgeving waar het geluidsniveau beheerst moet worden om verstoringen te voorkomen of om te voldoen aan regelgeving.

Het egaliseren van vermogensschommelingen: Een combinatie van energieopslagapparaten, zoals batterijen en supercondensatoren, met frequentieomvormers maakt een stabiele vermogensafgifte mogelijk. Deze technologieën bieden een constante stroomvoorziening zonder onbelaste toestand; ze bufferen schommelingen en regelen de motorsnelheid afhankelijk van de belasting.

Door deze benaderingen toe te passen, kan de PMSM-prestatie worden geoptimaliseerd en kan worden verzekerd dat PMSM's effectief zullen werken onder een breed scala aan werkomstandigheden. Het optimaliseert niet alleen de motorprestatie, maar verlengt ook de levenscyclus, minimaliseert de frequentie van onderhoud en vergroot de haalbaarheid voor veel industriële toepassingen.

Verbetering van de systeemstabiliteit voor toepassingen in de echte wereld

Simulatietechnieken laden

• Doel: Simulatie van belastingen is een noodzakelijke methodologie die helpt om nullastoscillaties tegen te gaan door gebruik te maken van echte belastingomstandigheden. Dit zijn de methoden om stabiele werking te garanderen onder nullastomstandigheden van permanente magneetsynchrone motoren.
• Voorbeeld applicatie: Een PMSM die een weefgetouw in een textielfabriek aandrijft, kan worden onderworpen aan een belastingsimulator die constante weerstand biedt. Dit voorkomt mogelijke instabiliteiten bij het opstarten of bij lichte belasting, die kunnen optreden wanneer de motor zonder significante belasting werkt.

Adaptieve besturingssystemen

• Doel: Adaptieve regelsystemen zijn cruciaal om snel te reageren op veranderingen in belastingomstandigheden. Ze maken realtime aanpassingen in de output van de motor om de prestaties optimaal te houden.
• Voorbeeld applicatie: Motoren in chemische verwerkingsfabrieken worden vaak geconfronteerd met sterk wisselende belastingen. Een adaptief regelsysteem zorgt ervoor dat de PMSM zijn output dynamisch kan variëren, waardoor energieverspilling wordt verminderd en de kans op schade wordt verkleind. Dit zorgt voor betere en betrouwbaardere prestaties in een breed scala aan variabele belastingsomstandigheden.

Strategieën voor geluidsreductie gebaseerd op praktijkervaring

Akoestische Behuizingen

• Doel: In dergelijke gevallen kunnen akoestische omhulsels die rond PMSM's zijn geïnstalleerd, het geluid van de motoren aanzienlijk verminderen. Deze zijn zeer toepasbaar in gebieden die gevoelig zijn voor geluid.
• Voorbeeldtoepassing: Op industriële locaties dicht bij woonwijken kunnen akoestische omhulsels worden gebruikt om het geluid van motoren onder niveaus te houden die het leven van bewoners zouden verstoren. Dit zorgt ervoor dat de motoren binnen de geluidslimieten blijven terwijl hun prestaties niet worden beïnvloed.

Balanceringsdiensten

• Doel: Vooraf geplande balanceringsdiensten van de rotor van de motor kunnen helpen om ruis te voorkomen die ontstaat door onbalans. Het is van cruciaal belang om de soepele en stille werking van de motor te behouden.
• Voorbeeldtoepassing: Papierfabriekgeluid van motoren is erg vervelend. Rotorbalans zorgt ervoor dat de motor stil werkt, zelfs bij onbelaste werking. Het creëert een stillere werkomgeving en verlengt de levensduur van de motor.

Vermogensschommelingen beperken met beproefde methoden

Energieopslagsystemen

• Functionaliteit: Energieopslagsystemen, zoals batterijen of supercondensatoren, moeten worden geïntegreerd om de vermogensoutput te stabiliseren in onbelaste omstandigheden. Deze systemen werken als een buffer om de fluctuatie in de stroomtoevoer te dempen.
• Voorbeeldtoepassing: Energieopslagsystemen kunnen worden gebruikt in combinatie met PMSM's voor de stabilisatie van een zonne-energiecentrale. De systemen slaan overtollige energie op en geven deze vrij wanneer nodig, waardoor een stabiele en betrouwbare levering aan het net wordt geleverd wanneer de motoren niet onder belasting staan.

Frequentieregelaars (VFD's)

• Doel: VFD's maken de motorsnelheid variabel, afhankelijk van de belasting, en worden daarom zeer goed toegepast in toepassingen zoals ventilator- en pompregeling. Ze voorkomen vermogensschommelingen en verbeteren de energie-efficiëntie door te werken met een snelheid die evenredig is aan de belasting.
• Voorbeeldtoepassing: VFD's in HVAC-systemen werken met constante ventilatorsnelheden bij systemen die mogelijk niet op volle belasting hoeven te draaien. Dit leidt niet tot onnodige energieverspilling; dit kan zorgen voor een soepele en effectieve werking zonder dat dit van invloed is op de belasting.

Maatwerk voor specifieke branchebehoeften

Industriespecifieke motorontwerpen

Het nut ervan: Door de motoren uit de TYP-serie aan te passen aan de specifieke eisen van verschillende industrieën, worden de juiste prestaties gegarandeerd.

Voorbeeldtoepassing: In de voedingsmiddelenindustrie, waar hygiëne van groot belang is, kunnen PMSM's worden ontworpen met gladde oppervlakken en gemakkelijk te reinigen materialen . Dit ontwerp voorkomt besmetting en vermindert het onderhoud tijdens onbelaste werking, waardoor de normen voor reinheid en operationele efficiëntie hoog blijven.

Harmonische verzachting

• Doel: Harmonische mitigatiefuncties zijn erg belangrijk voor het implementeren van PMSM's die bedoeld zijn voor omgevingen die gevoelig zijn voor stroom. Deze functies behouden de kwaliteit van het vermogen en zorgen voor stabiele prestaties van motoren.
• Voorbeeldtoepassing: Datacenters zijn zeer gevoelig voor problemen met de stroomkwaliteit die worden veroorzaakt door harmonischen. Op maat ontworpen PMSM's met harmonische beperking kunnen werken zonder de algehele stroomkwaliteit te verstoren, wat zorgt voor stabiele prestaties en betrouwbare gegevensverwerking, zelfs bij nullastcondities.
• De strategieën om PMSM-prestaties te verbeteren omvatten belastingsimulatietechnieken, adaptieve controlesystemen, methoden voor geluidsreductie, beperking van vermogensfluctuaties en branchespecifieke aanpassingen. Elke strategie heeft zijn eigen operationele uitdagingen om aan te pakken om de stabiliteit, efficiëntie en betrouwbaarheid van de motor te verbeteren.

Impact op PMSM-prestaties

• Deze besproken optimalisaties verbeteren de prestaties van PMSM's als geheel aanzienlijk. Wat betreft stabiliteit, ruisonderdrukking en vermogensbeheer, zorgen deze methoden ervoor dat motoren efficiënt en betrouwbaar werken in verschillende scenario's, inclusief onbelaste omstandigheden.

Toekomstperspectieven

• Continue ontwikkeling en innovaties in PMSM-technologie blijven winst beloven in de echte wereld. Toekomstige ontwikkeling kan zelfs nog geavanceerdere controlesystemen, superieure materialen en nieuwe ontwerpen opleveren die de prestatie-envelop van PMSM's in een verscheidenheid aan industriële toepassingen kunnen oprekken.

v