Szczegółowe wprowadzenie do
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi
Definicja: Silnik synchroniczny z magnesami trwałymito rodzaj silnika, w którym wirnik wykorzystuje magnesy trwałe do wytwarzania stałego pola magnetycznego, a uzwojenia stojana są zasilane prądem przemiennym w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego. Prędkość wirnika jest ściśle zsynchronizowana z prędkością wirującego pola magnetycznego stojana.
Główne elementy konstrukcyjne
Struktura fizyczna silnika synchronicznego z magnesami trwałymi składa się głównie ze stojana (część stacjonarna) i wirnika (część wirująca), a także elementów pomocniczych:
Stojan: rdzeń stojana (ułożone w stosy blachy ze stali krzemowej), uzwojenia trój-fazowe (lub wielo-fazowe), system izolacji i obudowa.
Funkcja: generuje wirujące pole magnetyczne po przyłożeniu prądu przemiennego; obudowa zapewnia również wsparcie i odprowadzanie ciepła.
Wirnik: rdzeń wirnika, magnesy trwałe (zwykle NdFeB lub SmCo), wał, osłona (w przypadku silników-o dużej prędkości)
Funkcja: Magnesy trwałe wytwarzają pole magnetyczne o stałym wzbudzeniu; rdzeń wirnika tworzy obwód magnetyczny, a wał wytwarza moment mechaniczny.
Pokrywy końcowe i łożyska: osłony końcowe przednie i tylne, łożyska, konstrukcja chłodząca (chłodzona-powietrzem/chłodzona-cieczą-chłodzoną cieczą)
Funkcja: Wspomaga obrót wirnika, zapewnia jednolitą szczelinę powietrzną pomiędzy stojanem a wirnikiem i usuwa ciepło z silnika.
Czujniki (opcjonalnie): Transformator obrotowy, czujnik Halla, enkoder
Funkcja: wykrywa położenie wirnika w celu-precyzyjnej regulacji prędkości w sterowaniu wektorowym (FOC).
Główna zasada:
① Wytwarzanie pola magnetycznego: Trój-fazowy, sinusoidalny prąd przemienny jest doprowadzany do uzwojeń stojana, tworząc synchronicznie wirujące pole magnetyczne w przestrzeni (prędkość ns=60f/p, f to częstotliwość, p to liczba par biegunów). Magnesy trwałe na wirniku wytwarzają stałe pole magnetyczne wzbudzenia.
② Praca synchroniczna: Wirujące pole magnetyczne stojana i pole magnetyczne magnesu trwałego wirnika łączą się, generując moment elektromagnetyczny, który „wciąga” wirnik do tej samej prędkości, co wirujące pole magnetyczne. Gdy zmienia się obciążenie, kąt mocy między biegunami wirnika a polem magnetycznym stojana zmienia się adaptacyjnie, aby zrównoważyć moment obrotowy, ale prędkość pozostaje ściśle zsynchronizowana, bez poślizgu.
③ Metoda sterowania: Aby osiągnąć wydajną pracę, zazwyczaj stosuje się sterowanie zorientowane na pole- (FOC) lub bezpośrednie sterowanie momentem obrotowym (DTC). Wykrywając położenie wirnika, prąd stojana jest rozdzielany na składową wzbudzenia, która generuje pole magnetyczne, oraz składową momentu obrotowego, która generuje moment obrotowy, które są sterowane oddzielnie, uzyskując wydajność regulacji prędkości podobną do silnika prądu stałego.
