มอเตอร์ซิงโครนัสความถี่แปรผันมอเตอร์ AC 3 เฟส PMSM แบบไร้แปรงถ่าน

ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

01. โครงสร้างโรเตอร์

มอเตอร์อะซิงโครนัส: โรเตอร์ประกอบด้วยแกนเหล็กและขดลวด ส่วนใหญ่โรเตอร์กรงกระรอกและลวดพันโรเตอร์กรงกระรอกหล่อด้วยแท่งอะลูมิเนียมสนามแม่เหล็กของแถบอลูมิเนียมที่ตัดสเตเตอร์จะขับเคลื่อนโรเตอร์

มอเตอร์ PMSM: แม่เหล็กถาวรฝังอยู่ในขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์ และถูกขับเคลื่อนให้หมุนโดยสนามแม่เหล็กหมุนที่สร้างขึ้นในสเตเตอร์ตามหลักการของขั้วแม่เหล็กในเฟสเดียวกันเพื่อดึงดูดแรงผลักที่แตกต่างกัน

02. ประสิทธิภาพ

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส: จำเป็นต้องดูดซับกระแสจากการกระตุ้นของกริด ส่งผลให้มีการสูญเสียพลังงานจำนวนหนึ่ง กระแสรีแอกทีฟของมอเตอร์ และตัวประกอบกำลังต่ำ

มอเตอร์ PMSM: สนามแม่เหล็กมาจากแม่เหล็กถาวร โรเตอร์ไม่ต้องการกระแสที่น่าตื่นเต้น และปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์

03. ปริมาตรและน้ำหนัก

การใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีประสิทธิภาพสูงทำให้สนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีขนาดใหญ่กว่าของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสขนาดและน้ำหนักลดลงเมื่อเทียบกับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจะมีขนาดเฟรมต่ำกว่ามอเตอร์แบบอะซิงโครนัสหนึ่งหรือสองขนาด

04. มอเตอร์สตาร์ทปัจจุบัน

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส: เริ่มต้นโดยตรงด้วยไฟฟ้าความถี่พลังงาน และกระแสเริ่มต้นมีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถเข้าถึง 5 ถึง 7 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อกริดพลังงานในทันทีกระแสเริ่มต้นขนาดใหญ่ทำให้แรงดันต้านทานการรั่วไหลลดลงของขดลวดสเตเตอร์เพิ่มขึ้น และแรงบิดเริ่มต้นมีขนาดเล็กจึงไม่สามารถสตาร์ทงานหนักได้แม้ว่าจะใช้อินเวอร์เตอร์ แต่ก็สามารถเริ่มทำงานภายในช่วงกระแสไฟขาออกที่กำหนดเท่านั้น

มอเตอร์ PMSM: ขับเคลื่อนโดยตัวควบคุมเฉพาะซึ่งไม่มีข้อกำหนดเอาต์พุตที่กำหนดของตัวลดขนาดกระแสเริ่มต้นจริงมีขนาดเล็ก กระแสจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามโหลด และแรงบิดเริ่มต้นมีขนาดใหญ่

05. ตัวประกอบกำลัง

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสมีตัวประกอบกำลังต่ำ ต้องดูดซับกระแสรีแอกทีฟจำนวนมากจากโครงข่ายไฟฟ้า กระแสเริ่มต้นขนาดใหญ่ของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจะทำให้เกิดผลกระทบระยะสั้นต่อโครงข่ายไฟฟ้า และการใช้งานระยะยาวจะทำให้เกิดความเสียหาย ไปยังอุปกรณ์กริดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าจำเป็นต้องเพิ่มหน่วยชดเชยพลังงานและทำการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของกริดพลังงานและเพิ่มต้นทุนของอุปกรณ์

ไม่มีกระแสเหนี่ยวนำในโรเตอร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร และตัวประกอบกำลังของมอเตอร์สูง ซึ่งช่วยปรับปรุงปัจจัยด้านคุณภาพของกริดไฟฟ้า และลดความจำเป็นในการติดตั้งตัวชดเชย

06. การบำรุงรักษา

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส + โครงสร้างตัวลดจะสร้างการสั่นสะเทือน ความร้อน อัตราความล้มเหลวสูง การใช้น้ำมันหล่อลื่นจำนวนมาก และค่าบำรุงรักษาด้วยตนเองสูงมันจะทำให้เกิดการสูญเสียการหยุดทำงานบางอย่าง

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรสามเฟสขับเคลื่อนอุปกรณ์โดยตรงเนื่องจากตัวลดถูกกำจัดออกไปแล้ว ความเร็วเอาต์พุตของมอเตอร์จึงต่ำ เสียงรบกวนทางกลต่ำ การสั่นสะเทือนทางกลมีขนาดเล็ก และอัตราความล้มเหลวต่ำระบบขับเคลื่อนทั้งหมดแทบไม่ต้องบำรุงรักษา

EMF และสมการแรงบิด

ในเครื่องซิงโครนัส EMF เฉลี่ยที่เหนี่ยวนำต่อเฟสเรียกว่าการเหนี่ยวนำแบบไดนามิก EMF ในมอเตอร์แบบซิงโครนัส ฟลักซ์ที่ตัดโดยตัวนำแต่ละตัวต่อรอบคือ Pϕ Weber

จากนั้นเวลาที่ใช้ในการหมุนหนึ่งรอบให้เสร็จสมบูรณ์คือ 60/N วินาที

EMF เฉลี่ยที่เหนี่ยวนำต่อตัวนำสามารถคำนวณได้โดยใช้

( PϕN / 60 ) x Zph = ( PϕN / 60 ) x 2Tph

โดยที่ Tph = Zph / 2

ดังนั้น EMF เฉลี่ยต่อเฟสคือ

= 4 x ϕ x Tph x PN/120 = 4ϕfTph

โดยที่ Tph = ไม่ของรอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมต่อเฟส

ϕ = ฟลักซ์/ขั้วในเวเบอร์

พ=ไม่ของเสา

F = ความถี่เป็น Hz

Zph = ไม่ของตัวนำที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมต่อเฟส.= Zph/3

สมการ EMF ขึ้นอยู่กับขดลวดและตัวนำบนสเตเตอร์สำหรับมอเตอร์นี้ จะพิจารณาปัจจัยการกระจาย Kd และระยะพิทช์แฟกเตอร์ Kp ด้วย

ดังนั้น E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

สมการแรงบิดของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะได้รับดังนี้

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดแม่เหล็กถาวร (PMAC) มีการใช้งานที่หลากหลาย ได้แก่ :

เครื่องจักรอุตสาหกรรม: มอเตอร์ PMAC ใช้ในเครื่องจักรอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ พัดลม และเครื่องมือกลมีประสิทธิภาพสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และการควบคุมที่แม่นยำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเหล่านี้

วิทยาการหุ่นยนต์: มอเตอร์ PMAC ใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ ซึ่งมีความหนาแน่นของแรงบิดสูง การควบคุมที่แม่นยำ และประสิทธิภาพสูงมักใช้ในแขนหุ่นยนต์ กริปเปอร์ และระบบควบคุมการเคลื่อนไหวอื่นๆ

ระบบ HVAC: มอเตอร์ PMAC ใช้ในระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) ซึ่งให้ประสิทธิภาพสูง การควบคุมที่แม่นยำ และระดับเสียงรบกวนต่ำมักใช้ในพัดลมและปั๊มในระบบเหล่านี้

ระบบพลังงานหมุนเวียน: มอเตอร์ PMAC ถูกใช้ในระบบพลังงานหมุนเวียน เช่น กังหันลมและเครื่องติดตามแสงอาทิตย์ ซึ่งให้ประสิทธิภาพสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และการควบคุมที่แม่นยำมักใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบติดตามในระบบเหล่านี้

อุปกรณ์ทางการแพทย์: มอเตอร์ PMAC ใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่อง MRI ซึ่งมีความหนาแน่นของแรงบิดสูง การควบคุมที่แม่นยำ และระดับเสียงรบกวนต่ำมักใช้ในมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในเครื่องจักรเหล่านี้

ไอพีเอ็ม VS เอสพีเอ็ม

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร (หรือที่เรียกว่า PM) สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: แม่เหล็กถาวรภายใน (IPM) และแม่เหล็กถาวรพื้นผิว (SPM)ทั้งสองประเภทสร้างฟลักซ์แม่เหล็กโดยแม่เหล็กถาวรที่ติดอยู่กับหรือด้านในของโรเตอร์

สพม

พื้นผิวแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ชนิดหนึ่งที่แม่เหล็กถาวรติดอยู่กับเส้นรอบวงของโรเตอร์

มอเตอร์ SPM มีแม่เหล็กติดอยู่ที่ด้านนอกของพื้นผิวโรเตอร์ ความแข็งแรงเชิงกลของมอเตอร์จึงอ่อนแอกว่ามอเตอร์ IPMความแข็งแรงเชิงกลที่อ่อนลงจะจำกัดความเร็วเชิงกลที่ปลอดภัยสูงสุดของมอเตอร์นอกจากนี้ มอเตอร์เหล่านี้ยังมีความเค็มแม่เหล็กที่จำกัดมาก (Ld ≈ Lq)ค่าความเหนี่ยวนำที่วัดได้ที่ขั้วโรเตอร์นั้นสอดคล้องกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของโรเตอร์เนื่องจากอัตราส่วนความเด่นที่ใกล้เคียงกัน การออกแบบมอเตอร์ SPM จึงอาศัยองค์ประกอบแรงบิดแม่เหล็กอย่างมาก หากไม่สมบูรณ์ เพื่อสร้างแรงบิด

ไอพีเอ็ม

ภายในแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ประเภทที่มีโรเตอร์ฝังแม่เหล็กถาวรเรียกว่า IPM

มอเตอร์ IPM มีแม่เหล็กถาวรฝังอยู่ในตัวโรเตอร์ตำแหน่งของแม่เหล็กถาวรทำให้มอเตอร์ IPM มีเสียงกลไกดีมาก และเหมาะสำหรับการทำงานที่ความเร็วสูงมาก ไม่เหมือนกับ SPMมอเตอร์เหล่านี้ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนความเค็มแม่เหล็กที่ค่อนข้างสูง (Lq > Ld)เนื่องจากความเค็มแม่เหล็ก มอเตอร์ IPM มีความสามารถในการสร้างแรงบิดโดยใช้ประโยชน์จากทั้งส่วนประกอบแม่เหล็กและแรงบิดแบบไม่ฝืนของมอเตอร์

ข้อดีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายาก

ประสิทธิภาพสูง: เส้นโค้งประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสโดยทั่วไปจะลดลงเร็วกว่า 60% ของโหลดที่กำหนด และประสิทธิภาพจะต่ำมากเมื่อโหลดเบาเส้นโค้งประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากนั้นสูงและแบน และอยู่ในพื้นที่ประสิทธิภาพสูงที่ 20%~120% ของโหลดที่กำหนด

ตัวประกอบกำลังสูง: ค่าที่วัดได้ของตัวประกอบกำลังของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหายากของโลกมีค่าใกล้เคียงกับค่าจำกัดที่ 1.0เส้นโค้งตัวประกอบกำลังสูงและแบนเท่ากับเส้นโค้งประสิทธิภาพตัวประกอบกำลังสูงไม่จำเป็นต้องมีการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟแรงดันต่ำ และใช้ความจุของระบบจำหน่ายไฟฟ้าอย่างเต็มที่

กระแสสเตเตอร์มีขนาดเล็ก: โรเตอร์ไม่มีกระแสกระตุ้น กำลังรีแอกทีฟจะลดลง และกระแสสเตเตอร์จะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีความจุเท่ากัน ค่ากระแสของสเตเตอร์สามารถลดลงได้ 30% ถึง 50%ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากกระแสของสเตเตอร์ลดลงอย่างมาก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของมอเตอร์จึงลดลง และจาระบีของตลับลูกปืนและอายุการใช้งานของตลับลูกปืนจะยาวขึ้น

แรงบิดนอกสเต็ปและแรงบิดดึงเข้าสูง: มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลกมีแรงบิดนอกสเต็ปและแรงบิดดึงเข้าสูงกว่า ซึ่งทำให้มอเตอร์มีความสามารถในการรับน้ำหนักสูงขึ้นและสามารถดึงเข้าสู่การซิงโครไนซ์ได้อย่างราบรื่น

ข้อเสียของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่หายากของโลก

ค่าใช้จ่ายสูง: เมื่อเทียบกับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีสเปคเดียวกัน ช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์จะน้อยกว่า และความแม่นยำในการประมวลผลของแต่ละส่วนประกอบก็สูงโครงสร้างโรเตอร์มีความซับซ้อนมากขึ้นและราคาของวัสดุเหล็กแม่เหล็กหายากสูงดังนั้น ต้นทุนการผลิตมอเตอร์จึงสูง ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสประมาณ 2 เท่า

ผลกระทบอย่างมากเมื่อสตาร์ทเต็มกำลัง: เมื่อสตาร์ทด้วยแรงดันเต็มที่ สามารถวาดความเร็วซิงโครนัสได้ในเวลาอันสั้นแรงกระแทกทางกลมีขนาดใหญ่กระแสเริ่มต้นมากกว่า 10 เท่าของกระแสไฟที่กำหนดผลกระทบต่อระบบจ่ายไฟมีมากทำให้ต้องใช้ความจุของระบบจ่ายไฟมาก

เหล็กแม่เหล็กโลกหายากนั้นง่ายต่อการล้างอำนาจแม่เหล็ก: เมื่อวัสดุแม่เหล็กถาวรอยู่ภายใต้การสั่นสะเทือน อุณหภูมิสูง และกระแสไฟฟ้าเกิน ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กอาจลดลง หรือปรากฏการณ์การล้างอำนาจแม่เหล็กเกิดขึ้น ซึ่งลดประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

อายุการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของ rare earth นานแค่ไหน?อำนาจแม่เหล็กจะอ่อนลงเมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่?

อายุการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรโดยทั่วไปอยู่ที่ 15-20 ปี และอายุการใช้งานของมอเตอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการบำรุงรักษาของผู้ใช้

นอกจากนี้ คุณภาพของสภาพแวดล้อมการใช้งานมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และปัจจัยต่างๆ เช่น ไฟฟ้า อำนาจแม่เหล็ก ความร้อน การสั่นสะเทือน และปัจจัยอื่นๆ ที่มอเตอร์ได้รับระหว่างการใช้งานจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของซิงโครนัสมอเตอร์แม่เหล็กถาวร!

แม่เหล็กทั่วไปมีอายุการใช้งานเมื่อใช้เป็นเวลาหลายปี อำนาจแม่เหล็กจะอ่อนลง แต่คุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB เปลี่ยนแปลงน้อยมากตามเวลา และแม่เหล็กถาวรหายากของโลกจะอยู่ภายในอายุการออกแบบของมอเตอร์ (10-20 ปี)

การลดทอนประสิทธิภาพของแม่เหล็กน้อยกว่า 3%ภายใต้การออกแบบมอเตอร์และเทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของมอเตอร์เพียงเล็กน้อย