ما هو محرك المغناطيس الدائم المتزامن وعمله

في نظام كهربائي ، محركات متزامنة هي محركات التيار المتردد ذات الحالة المستقرة ثلاثية الطور الأكثر استخدامًا ، والتي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يعمل هذا النوع من المحركات بسرعة متزامنة ، وهي ثابتة ومتزامنة مع تردد الإمداد وفترة الدوران تساوي الرقم المتكامل. من دورات التيار المتردد. هذا يعني أن سرعة المحرك تساوي المجال المغناطيسي الدوار. يستخدم هذا النوع من المحركات بشكل رئيسي في أنظمة الطاقة لتحسين معامل القدرة. هناك محركات متزامنة غير متحمس و DC ، تعمل وفقًا للقوة المغناطيسية للمحرك. محركات الممانعة ومحركات التخلفية ومحركات المغناطيس الدائم هي محركات متزامنة غير متحمس. تدور هذه المقالة حول عمل محرك متزامن مغناطيسي دائم.

ما هو المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم؟

تعد المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أحد أنواع المحركات المتزامنة AC ، حيث يكون المجال متحمسًا بواسطة مغناطيس دائم يولد EMF خلفي جيبي. يحتوي على الجزء المتحرك والجزء الثابت نفسه الموجود في المحرك التعريفي ، ولكن يتم استخدام مغناطيس دائم كعضو دوار لإنشاء مجال مغناطيسي. ومن ثم ليست هناك حاجة إلى لف مجال الجرح الدوار . يُعرف أيضًا باسم محرك موجة جيبية دائمة بدون فرش ثلاثية الأطوار. ال المغناطيس الدائم مخطط محرك متزامن هو مبين أدناه.

محرك متزامن مغناطيسي دائم

نظرية المحرك المتزامن المغناطيس الدائم

تتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بكفاءة عالية ، وبدون فرش ، وسريعة جدًا ، وآمنة ، وتوفر أداءً ديناميكيًا عاليًا عند مقارنتها بالمحركات التقليدية. إنه ينتج عزم دوران سلس ، ضوضاء منخفضة ويستخدم بشكل أساسي للتطبيقات عالية السرعة مثل علم الروبوتات . إنه محرك متزامن ثلاثي الأطوار يعمل بسرعة متزامنة مع مصدر التيار المتردد المطبق.

بدلاً من استخدام لف الجزء المتحرك ، يتم تركيب مغناطيس دائم لإنشاء مجال مغناطيسي دوار. نظرًا لعدم وجود مصدر مصدر تيار مستمر ، فهذه أنواع المحركات بسيطة للغاية وأقل تكلفة. يحتوي على الجزء الثابت مع 3 لفات مثبتة عليه ودوار بمغناطيس دائم مركب لإنشاء أقطاب مجال. يتم إعطاء التيار المتردد للإدخال ثلاثي الطور للجزء الثابت لبدء العمل.

مبدأ العمل

ال المغناطيس الدائم مبدأ العمل المحرك المتزامن يشبه المحرك المتزامن. يعتمد على المجال المغناطيسي الدوار الذي يولد قوة دافعة كهربائية بسرعة متزامنة. عندما يتم تنشيط لف الجزء الثابت عن طريق إعطاء الإمداد ثلاثي الطور ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار بين فجوات الهواء.

ينتج عن هذا عزم الدوران عندما تمسك أقطاب المجال الدوار بالمجال المغناطيسي الدوار بسرعة متزامنة ويدور الدوار باستمرار. نظرًا لأن هذه المحركات ليست محركات ذاتية التشغيل ، فمن الضروري توفير مصدر طاقة متغير التردد.

معادلة EMF وعزم الدوران

في آلة متزامنة ، يُطلق على متوسط ​​EMF المستحث لكل مرحلة اسم المستحثات الديناميكية EMF في محرك متزامن ، ويكون التدفق المقطوع بواسطة كل موصل لكل ثورة هو Pϕ Weber
ثم الوقت المستغرق لإكمال ثورة واحدة هو 60 / نيوتن ثانية

يمكن حساب متوسط ​​EMF المستحث لكل موصل باستخدام

(PϕN / 60) × Zph = (PϕN / 60) × 2Tph

أين Tph = Zph / 2

لذلك ، فإن متوسط ​​EMF لكل مرحلة هو ،

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

حيث Tph = لا. من يتحول متصلة في سلسلة لكل مرحلة

ϕ = التدفق / القطب في ويبر

P = لا. من أعمدة

F = التردد بالهرتز

Zph = لا. من الموصلات متصلة في سلسلة لكل مرحلة. = Zph / 3

تعتمد معادلة EMF على الملفات والموصلات الموجودة في الجزء الثابت. بالنسبة لهذا المحرك ، يؤخذ أيضًا في الاعتبار عامل التوزيع Kd وعامل الملعب Kp.

لذلك، E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

يتم إعطاء معادلة عزم الدوران لمحرك متزامن مغناطيسي دائم ،

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / m

التحكم المباشر في عزم الدوران لمحرك مغناطيسي دائم متزامن

للتحكم في المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ، نستخدم أنواعًا مختلفة من أنظمة التحكم . اعتمادًا على المهمة ، يتم استخدام تقنية التحكم اللازمة. طرق التحكم المختلفة للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هي ،

الفئة الجيبية

• العددية
• المتجه: التحكم الموجه الميداني (FOC) (مع أو بدون مستشعر الموضع)
• التحكم المباشر في عزم الدوران

فئة شبه منحرف

• حلقة مفتوحة
• حلقة مغلقة (مع أو بدون مستشعر موضع)

تقنية التحكم المباشر في عزم الدوران لهذا المحرك عبارة عن دائرة تحكم بسيطة للغاية مع أداء ديناميكي فعال ونطاق تحكم جيد. لا يتطلب أي مستشعر موضع للدوار. العيب الرئيسي لاستخدام طريقة التحكم هذه هو أنها تنتج عزم دوران عالي وتموج تيار.

بناء

ال المغناطيس الدائم متزامن البناء المحرك يشبه المحرك المتزامن الأساسي ، لكن الاختلاف الوحيد يكون مع الدوار. لا يحتوي الدوار على أي لف مجال ، لكن المغناطيس الدائم يستخدم لإنشاء أقطاب مجال. تتكون المغناطيسات الدائمة المستخدمة في PMSM من السماريوم والكوبالت والوسيط والحديد والبورون بسبب نفاذيةها العالية.

المغناطيس الدائم الأكثر استخدامًا هو النيوديميوم - البورون - الحديد بسبب تكلفته الفعالة وسهولة توافره. في هذا النوع ، يتم تثبيت المغناطيس الدائم على الدوار. استنادًا إلى تركيب المغناطيس الدائم على الدوار ، يتم تقسيم بناء محرك متزامن مغناطيسي دائم إلى نوعين. هم انهم،

PMSM المركبة على السطح

في هذا البناء ، يتم تثبيت المغناطيس على سطح الدوار. إنها مناسبة للتطبيقات عالية السرعة ، لأنها ليست قوية. إنه يوفر فجوة هواء موحدة لأن نفاذية المغناطيس الدائم وفجوة الهواء هي نفسها. لا عزم دوران ممانعة ، أداء ديناميكي عالي ، ومناسب للأجهزة عالية السرعة مثل الروبوتات ومحركات الأدوات.

المركبة السطح

PMSM مدفون أو PMSM داخلي

في هذا النوع من البناء ، يتم تضمين المغناطيس الدائم في الدوار كما هو موضح في الشكل أدناه. إنه مناسب للتطبيقات عالية السرعة ويحصل على متانة. يرجع عزم دوران الممانعة إلى بروز المحرك.

دفن PMSM

عمل محرك متزامن مغناطيسي دائم

إن عمل المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم بسيط للغاية وسريع وفعال عند مقارنته بالمحركات التقليدية. يعتمد عمل PMSM على المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت والحقل المغناطيسي الثابت للعضو الدوار. تُستخدم المغناطيسات الدائمة كعضو دوار لإنشاء تدفق مغناطيسي ثابت ، وتعمل وتغلق بسرعة متزامنة. هذه الأنواع من المحركات تشبه محركات التيار المستمر بدون فرش.

تتشكل مجموعات الطور من خلال ربط ملفات الجزء الثابت مع بعضها البعض. يتم ضم مجموعات الأطوار هذه معًا لتشكيل اتصالات مختلفة مثل النجم والدلتا والمراحل المزدوجة والمفردة. لتقليل الفولتية التوافقية ، يجب لف اللفات مع بعضها البعض قريبًا.

عندما يتم إعطاء إمداد التيار المتردد ثلاثي الأطوار إلى الجزء الثابت ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا وينتج المجال المغناطيسي الثابت بسبب المغناطيس الدائم للعضو الدوار. يعمل هذا الدوار بالتزامن مع السرعة المتزامنة. يعتمد العمل الكامل لـ PMSM على فجوة الهواء بين الجزء الثابت والدوار بدون تحميل.

إذا كانت فجوة الهواء كبيرة ، فسيتم تقليل خسائر الرياح للمحرك. أقطاب المجال التي تم إنشاؤها بواسطة المغناطيس الدائم بارزة. المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ليست محركات ذاتية التشغيل. لذلك ، من الضروري التحكم في التردد المتغير للجزء الثابت إلكترونيًا.

محرك متزامن مغناطيسي دائم مقابل BLDC

الاختلافات بين المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) و BLDC ( محركات DC بدون فرش ) تشمل ما يلي.

مزايا

ال مزايا محرك متزامن مغناطيسي دائم يشمل،

• يوفر كفاءة أعلى بسرعات عالية
• متوفر بأحجام صغيرة في عبوات مختلفة
• الصيانة والتركيب سهلة للغاية من المحرك التعريفي
• قادرة على الحفاظ على عزم الدوران الكامل بسرعات منخفضة.
• كفاءة وموثوقية عالية
• يعطي عزم دوران سلس وأداء ديناميكي

سلبيات

مساوئ المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم هي ،

• هذا النوع من المحركات غالي الثمن عند مقارنته بالمحركات الحثية
• من الصعب إلى حد ما البدء لأنها ليست محركات ذاتية التشغيل.

التطبيقات

تطبيقات المحركات المتزامنة المغناطيسية الدائمة هي ،

• مكيفات الهواء
• ثلاجات
• ضواغط تكييف
• الغسالات ذات الدفع المباشر
• توجيه كهربائي للسيارات
• أدوات الآلة
• أنظمة طاقة كبيرة لتحسين عامل الطاقة الرائد والمتأخر
• السيطرة على الجر
• وحدات تخزين البيانات.
• محركات المؤازرة
• التطبيقات الصناعية مثل الروبوتات ، والفضاء ، وغيرها الكثير.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن لمحة عامة عن المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم - التعريف ، العمل ، مبدأ العمل ، الرسم البياني ، البناء ، المزايا ، العيوب ، التطبيقات ، emf ، ومعادلة عزم الدوران. إليك سؤال لك ، 'ما الغرض من استخدام مغناطيس دائم في المحركات المتزامنة؟