Struktura i zasada działania
silnik synchroniczny z magnesami trwałymi
1. Budowa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) składa się głównie z wirnika, pokrywy końcowej i stojana. Główną konstrukcją jest: wał, wirnik, rdzeń stojana, uzwojenie stojana, podstawa i wentylator chłodzący.
Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi składa się z rdzenia stojana i uzwojenia, generując synchroniczne wirujące pole magnetyczne. Zadaniem stojana jest wytwarzanie pola magnetycznego podczas pracy silnika. Po przepuszczeniu symetrycznego trójfazowego prądu przemiennego do trójfazowego uzwojenia stojana generowane jest wirujące pole magnetyczne, które wiruje wzdłuż przestrzeni wewnętrznego koła stojana i wirnika z prędkością synchroniczną. Konstrukcja stojana trójfazowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi niewiele różni się od konstrukcji stojana trójfazowego silnika asynchronicznego prądu przemiennego.
Pierwsza forma:wirnik z biegunem magnesu trwałego zainstalowanym na obwodowej powierzchni rdzenia wirnika nazywany jest wirnikiem z magnesami trwałymi wystającymi z powierzchni.
Druga forma:Biegun magnesu trwałego jest osadzony na powierzchni rdzenia wirnika, co nazywa się wirnikiem z magnesem trwałym osadzonym powierzchniowo.
Trzecia forma:Jest częściej stosowany w większych silnikach do osadzania magnesów trwałych wewnątrz wirnika, co nazywa się wbudowanym wirnikiem z magnesami trwałymi (lub wbudowanym wirnikiem z magnesami trwałymi lub wbudowanym wirnikiem z magnesami trwałymi). Magnes trwały jest osadzony wewnątrz rdzenia wirnika, a w rdzeniu znajdują się szczeliny do montażu magnesów trwałych. Główny układ magnesów trwałych pokazano na rysunku. W każdej formie istnieje kombinacja wielu warstw magnesów trwałych.
2. Zasada działania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są zazwyczaj wyposażone w transformator obrotowy (resolwer), jak pokazano na rysunku. Jest to czujnik elektromagnetyczny służący do wykrywania położenia i prędkości wirnika. Zasada działania przelicznika jest w zasadzie taka sama jak w przypadku transformatora.
Rezolwer silnika synchronicznego z magnesami trwałymi wykorzystuje reluktancję, a jego wirnik jest rdzeniem wirnika bez uzwojeń wirnika. Wirnik ma specjalny kształt z żelaznym rdzeniem, a amplituda napięcia wyjściowego zmienia się w zależności od szczeliny pomiędzy rdzeniem wirnika a rdzeniem stojana (typ modulacji amplitudy).
Silnik synchroniczny z magnesem trwałym to urządzenie, w którym pole magnetyczne elektromagnesu i pole magnetyczne magnesu trwałego przyciągają się wzajemnie, wytwarzając siłę i ruch, jak pokazano na rysunku.
Trójfazowy symetryczny prąd przemienny jest podłączony do trójfazowego uzwojenia stojana silnika w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego. Zgodnie z zasadą, że przeciwne bieguny przyciągają się nawzajem, a podobne bieguny odpychają się nawzajem, niezależnie od początkowego względnego położenia biegunów obrotowych stojana i biegunów magnetycznych trwałych, bieguny obrotowe stojana zawsze będą przyciągać wirnik, aby obracał się synchronicznie ze względu na siła magnetyczna.
Charakterystyka silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
Mały rozmiar, niewielka waga i duża gęstość mocy. Zastosowanie wysokowydajnych, ultramocnych materiałów z magnesem trwałym znacznie zmniejszyło rozmiar i wagę silników z magnesami trwałymi, a gęstość mocy jest co najmniej 1,5 razy większa niż w przypadku zwykłych trójfazowych silników asynchronicznych.
Wysoka wydajność i oszczędność energii. Ponieważ pole magnetyczne wzbudzenia zapewniają magnesy trwałe, wirnik z magnesami trwałymi nie wymaga wzbudzenia, a wydajność może sięgać nawet 90%. W porównaniu z silnikami asynchronicznymi zakres prędkości pracy o wysokiej wydajności jest szeroki, a oszczędność energii znaczna. Zwłaszcza podczas jazdy z małą prędkością zaleta jest bardziej oczywista.
Niski wzrost temperatury. Ze względu na wysoką sprawność silników z magnesami trwałymi, w uzwojeniu wirnika nie występuje utrata rezystancji, a w uzwojeniu stojana jest niewielki lub prawie żaden prąd bierny, co powoduje niski wzrost temperatury silnika i wydłuża żywotność silnika
Szybka reakcja, szeroki zakres regulacji prędkości, wysoka niezawodność, niski poziom hałasu i płynna praca, odpowiednie do zastosowań o średniej i dużej mocy. Obecnie w elektrycznych samochodach osobowych zazwyczaj stosuje się silniki synchroniczne z magnesami trwałymi.
Wymagana jest pewna ilość magnesów trwałych, co jest droższe niż trójfazowe silniki asynchroniczne. Ponadto magnesy trwałe są podatne na nieodwracalne rozmagnesowanie w wysokich temperaturach, a ich niezawodność jest niższa niż w przypadku trójfazowych silników asynchronicznych.
