มอเตอร์ไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร AC แบบ Heavy Duty ความถี่ตัวแปร 10kw อายุการใช้งานยาวนาน

การประยุกต์ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก

ข้อดีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของแม่เหล็กโลกหายากมีมากมายและหลากหลายทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายรอบต่อนาทีต่ำและเอาต์พุตแรงบิดสูงทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบขับตรงเช่น คอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และพัดลมนอกจากนี้ เอาต์พุตสัญญาณรบกวนต่ำหมายความว่าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ให้ความสำคัญกับการลดเสียงรบกวนประการสุดท้าย ความต้องการการบำรุงรักษาต่ำทำให้เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าในระยะยาว

ข้อดีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายาก

ประสิทธิภาพสูง: เส้นโค้งประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสโดยทั่วไปจะลดลงเร็วกว่า 60% ของโหลดที่กำหนด และประสิทธิภาพจะต่ำมากเมื่อโหลดเบาเส้นโค้งประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากนั้นสูงและแบน และอยู่ในบริเวณประสิทธิภาพสูงที่ 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

น. โครงสร้างมอเตอร์
โครงสร้างมอเตอร์ PM สามารถแยกออกได้เป็นสองประเภท: ภายในและพื้นผิวแต่ละหมวดหมู่มีหมวดย่อยของหมวดหมู่มอเตอร์พื้นผิว PM สามารถมีแม่เหล็กอยู่บนหรือแทรกเข้าไปในพื้นผิวของโรเตอร์ เพื่อเพิ่มความทนทานของการออกแบบการวางตำแหน่งและการออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวรภายในอาจแตกต่างกันไปมากแม่เหล็กของมอเตอร์ IPM สามารถใส่เข้าไปเป็นบล็อกขนาดใหญ่หรือทำเป็นเซเมื่อเข้าใกล้แกนกลางมากขึ้นอีกวิธีหนึ่งคือการฝังไว้ในรูปแบบซี่ล้อ

น. ความแปรผันของตัวเหนี่ยวนำของมอเตอร์กับโหลด
มีเพียงฟลักซ์จำนวนมากเท่านั้นที่สามารถเชื่อมโยงกับชิ้นส่วนของเหล็กเพื่อสร้างแรงบิดได้ในที่สุด เหล็กจะอิ่มตัวและไม่อนุญาตให้ฟลักซ์เชื่อมโยงอีกต่อไปผลที่ได้คือความเหนี่ยวนำของเส้นทางที่สนามฟลักซ์รับไว้ลดลงในเครื่อง PM ค่าความเหนี่ยวนำในแกน d และแกน q จะลดลงเมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้น

ความเหนี่ยวนำในแกน d และ q ของมอเตอร์ SPM เกือบจะเหมือนกันเนื่องจากแม่เหล็กอยู่นอกโรเตอร์ ความเหนี่ยวนำของแกน q จะลดลงในอัตราเดียวกับความเหนี่ยวนำของแกน dอย่างไรก็ตาม ความเหนี่ยวนำของมอเตอร์ IPM จะลดลงแตกต่างกันอีกครั้ง ความเหนี่ยวนำในแกน d จะต่ำกว่าโดยธรรมชาติเนื่องจากแม่เหล็กอยู่ในเส้นทางฟลักซ์และไม่สร้างคุณสมบัติการเหนี่ยวนำดังนั้นจึงมีเหล็กน้อยกว่าที่จะอิ่มตัวในแกน d ซึ่งส่งผลให้ฟลักซ์ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับแกน q

ฟลักซ์อ่อนตัวลง/แรงขึ้นของมอเตอร์ PM
ฟลักซ์ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กฟิลด์ฟลักซ์เป็นไปตามเส้นทางที่กำหนด ซึ่งสามารถส่งเสริมหรือต่อต้านได้การเพิ่มหรือเพิ่มสนามฟลักซ์จะทำให้มอเตอร์สามารถเพิ่มการผลิตแรงบิดได้ชั่วคราวการต่อต้านสนามฟลักซ์จะลบล้างสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ของมอเตอร์สนามแม่เหล็กที่ลดลงจะจำกัดการผลิตแรงบิด แต่ลดแรงดัน back-emfแรงดัน back-emf ที่ลดลงจะช่วยเพิ่มแรงดันให้มอเตอร์ทำงานด้วยความเร็วเอาต์พุตที่สูงขึ้นการทำงานทั้งสองประเภทต้องใช้กระแสมอเตอร์เพิ่มเติมทิศทางของกระแสมอเตอร์ทั่วแกน d ซึ่งกำหนดโดยตัวควบคุมมอเตอร์ จะกำหนดเอฟเฟกต์ที่ต้องการ

ไอพีเอ็ม VS เอสพีเอ็ม

มอเตอร์ PM สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: มอเตอร์แม่เหล็กถาวรพื้นผิว (SPM) และมอเตอร์แม่เหล็กถาวรภายใน (IPM) การออกแบบมอเตอร์ทั้งสองประเภทไม่มีแถบโรเตอร์ทั้งสองประเภทสร้างฟลักซ์แม่เหล็กโดยแม่เหล็กถาวรที่ติดอยู่กับหรือด้านในของโรเตอร์

มอเตอร์ SPM มีแม่เหล็กติดอยู่ที่ด้านนอกของพื้นผิวโรเตอร์เนื่องจากการติดตั้งเชิงกลนี้ ความแข็งแรงเชิงกลจึงอ่อนแอกว่ามอเตอร์ IPMความแข็งแรงเชิงกลที่อ่อนลงจะจำกัดความเร็วเชิงกลที่ปลอดภัยสูงสุดของมอเตอร์นอกจากนี้ มอเตอร์เหล่านี้ยังมีความเค็มแม่เหล็กที่จำกัดมาก (Ld ≈ Lq)ค่าความเหนี่ยวนำที่วัดได้ที่ขั้วโรเตอร์นั้นสอดคล้องกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของโรเตอร์เนื่องจากอัตราส่วนความเด่นที่ใกล้เคียงกัน การออกแบบมอเตอร์ SPM จึงอาศัยองค์ประกอบแรงบิดแม่เหล็กอย่างมาก หากไม่สมบูรณ์ เพื่อสร้างแรงบิด

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

EMF และสมการแรงบิด

ในเครื่องซิงโครนัส EMF เฉลี่ยที่เหนี่ยวนำต่อเฟสเรียกว่าไดนามิกเหนี่ยวนำ EMF ในมอเตอร์ซิงโครนัส 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 และปัจจัยระยะพิทช์ Kp ด้วย

ดังนั้น E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

สมการแรงบิดของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะได้รับดังนี้

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเป็นมอเตอร์ขั้นสูงที่คล้ายกับทั้งมอเตอร์เหนี่ยวนำและเซอร์โวมอเตอร์ในการออกแบบประกอบด้วยสเตเตอร์ - ตัวเรือนภายนอก - และโรเตอร์ - ส่วนประกอบเคลื่อนที่ที่เชื่อมต่อกับเพลาขาออกของมอเตอร์เช่นเดียวกับมอเตอร์ AC อื่นๆ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรควบคุมฟิสิกส์ของแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงบิด และทำสิ่งนี้โดยใช้แม่เหล็กถาวร (โดยปกติจะเป็นแม่เหล็กโลกหายาก) ที่ฝังอยู่ในโรเตอร์การออกแบบนี้แตกต่างจากมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ตรงที่โรเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองผ่านการเหนี่ยวนำหรือผ่านการใช้แหล่งพลังงาน DC หรือประกอบด้วยโลหะเฟอร์โรแมกเนติกแม่เหล็กในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร เมื่อจัดเรียงอย่างเหมาะสมโดยสัมพันธ์กับสเตเตอร์ จะสามารถให้ความเร็วเท่ากับความถี่ของกระแสกระตุ้น และดังนั้นจึงถือเป็นมอเตอร์แบบซิงโครนัสมอเตอร์เหล่านี้ต้องจับคู่กับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ช่วยให้แรงบิดของมอเตอร์นี้ราบรื่นขึ้น และนี่คือสาเหตุที่เครื่องจักรเหล่านี้เพิ่งก้าวเข้าสู่การออกแบบที่ใช้งานได้จริงเมื่อไม่นานมานี้

ทำไมต้องใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวร?

‍‍

‍มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) เป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขั้นสูงที่ประกอบด้วยสเตเตอร์และโรเตอร์ที่เชื่อมต่อกับเพลาขาออกโดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียมซึ่งฝังอยู่ในโรเตอร์เพื่อสร้างแรงบิดที่รวบรวมโดยแม่เหล็กไฟฟ้ามอเตอร์ประเภทนี้แตกต่างจากมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ตรงที่โรเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองผ่านการเหนี่ยวนำ หรือที่กระแสสนามถูกถ่ายโอนไปยังโรเตอร์ด้วยแปรงและสลิปริงมอเตอร์ PMSM เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานควบคุมการเคลื่อนไหวที่หลากหลาย

แนวโน้มการพัฒนาของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดธาตุหายาก

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากกำลังพัฒนาสู่พลังงานสูง (ความเร็วสูง แรงบิดสูง) ฟังก์ชันการทำงานสูงและการย่อขนาด และกำลังขยายพันธุ์มอเตอร์และขอบเขตการใช้งานใหม่อย่างต่อเนื่อง และแนวโน้มการใช้งานมีแนวโน้มดีมากเพื่อตอบสนองความต้องการ กระบวนการผลิตของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากของโลกยังคงต้องได้รับการคิดค้นอย่างต่อเนื่อง โครงสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าจะซับซ้อนมากขึ้น โครงสร้างการคำนวณจะมีความแม่นยำมากขึ้น และกระบวนการผลิตจะก้าวหน้ามากขึ้นและ ใช้บังคับ

การประยุกต์ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก

เนื่องจากความเหนือกว่าของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลก การใช้งานจึงครอบคลุมมากขึ้นพื้นที่ใช้งานหลักมีดังนี้:

มุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพสูงและการประหยัดพลังงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากวัตถุที่ใช้งานหลักคือผู้ใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหายากสำหรับอุตสาหกรรมสิ่งทอและเส้นใยเคมี มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหายากของโลกสำหรับเครื่องจักรเหมืองแร่และการขนส่งต่างๆ ที่ใช้ในทุ่งน้ำมันและเหมืองถ่านหิน และซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรหายากของโลก มอเตอร์สำหรับขับปั๊มและพัดลมต่างๆ