En un sistema elèctric, motors síncrons són els motors de corrent altern trifàsics d’estabilitat més utilitzats, que converteixen l’energia elèctrica en energia mecànica. Aquest tipus de motor funciona a velocitat síncrona, que és constant i síncrona amb la freqüència d’alimentació i el període de rotació és igual al núm. de cicles de corrent altern. Això significa que la velocitat del motor és igual al camp magnètic giratori. Aquest tipus de motor s'utilitza principalment a sistemes de potència per millorar el factor de potència. Hi ha motors síncrons no excitats i excitats de CC, que funcionen segons la potència magnètica del motor. Els motors de reluctància, els d’histèresi i els motors d’imant permanent són els motors síncrons no excitats. Aquest article tracta sobre el funcionament d'un motor síncron d'imant permanent.
Què és un motor síncron d'imant permanent?
Els motors síncrons d’imant permanent són un dels tipus de motors síncrons de corrent altern, on el camp és excitat per imants permanents que generen una EMF posterior sinusoïdal. Conté un rotor i un estator iguals que els d'un motor d’inducció , però s’utilitza un imant permanent com a rotor per crear un camp magnètic. Per tant, no és necessari enrotllar el camp el rotor . També es coneix com a motor d'ona sinusoïdal permanent sense escombretes trifàsic. El diagrama del motor síncron d'imant permanent es mostra a continuació.
Motor síncron d'imant permanent
Teoria del motor síncron d’imants permanents
Els motors síncrons d’imant permanent són molt eficients, sense escombretes, molt ràpids, segurs i ofereixen un alt rendiment dinàmic en comparació amb els motors convencionals. Produeix parell suau, baix soroll i s'utilitza principalment per a aplicacions d'alta velocitat com robòtica . És un motor síncron de corrent altern trifàsic que funciona a velocitat síncrona amb la font de CA aplicada.
En lloc d’utilitzar bobinatge per al rotor, es munten imants permanents per crear un camp magnètic giratori. Com que no hi ha subministrament de font de corrent continu, aquests tipus de motors són molt simples i costen menys. Conté un estator amb 3 bobinatges instal·lats i un rotor amb un imant permanent muntat per crear pols de camp. El subministrament de corrent altern trifàsic s’administra a l’estator per començar a funcionar.
Principi de funcionament
El principi de funcionament del motor síncron d'imant permanent és similar al motor síncron. Depèn del camp magnètic giratori que genera força electromotriu a velocitat síncrona. Quan l’enrotllament de l’estator s’energia donant el subministrament trifàsic, es crea un camp magnètic giratori entre els buits d’aire.
Això produeix el parell quan els pols del camp del rotor mantenen el camp magnètic giratori a velocitat síncrona i el rotor gira contínuament. Com que aquests motors no són motors d’arrencada automàtica, cal proporcionar una font d’alimentació de freqüència variable.
EMF i equació de parell
En una màquina síncrona, la CEM mitjana induïda per fase s’anomena dinàmica indueix la CEM en un motor síncron, el flux tallat per cada conductor per revolució és Pϕ Weber
Llavors, el temps necessari per completar una revolució és de 60 / N seg
La mitjana de CEM induïda per conductor es pot calcular utilitzant
(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph
On Tph = Zph / 2
Per tant, el CEM mitjà per fase és,
= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph
On Tph = no. De girs connectats en sèrie per fase
ϕ = flux / pol en weber
P = no. De pals
F = freqüència en Hz
Zph = no. De conductors connectats en sèrie per fase. = Zph / 3
L’equació EMF depèn de les bobines i dels conductors de l’estator. Per a aquest motor, també es té en compte el factor de distribució Kd i el factor de pas Kp.
Per tant, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp
L'equació del parell d'un motor síncron d'imant permanent es dóna com,
T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm
Control directe del parell motor imant permanent síncron
Per controlar el motor síncron d'imant permanent, utilitzem diferents tipus de sistemes de control . En funció de la tasca, s’utilitza la tècnica de control necessària. Els diferents mètodes de control del motor síncron d’imant permanent són,
Categoria sinusoïdal
- Escalar
- Vector: control orientat al camp (FOC) (amb i sense sensor de posició)
- Control directe del parell
Categoria Trapezoïdal
- Llaç obert
- Llaç tancat (amb i sense sensor de posició)
La tecnologia de control de parell directe d’aquest motor és un circuit de control molt senzill amb un rendiment dinàmic eficaç i un bon rang de control. No requereix cap sensor de posició per al rotor. El principal desavantatge d'utilitzar aquest mètode de control és que produeix un parell elevat i una ondulació actual.
Construcció
El construcció de motor síncron d'imant permanent és similar al motor síncron bàsic, però l’única diferència és amb el rotor. El rotor no té cap bobinatge de camp, però els imants permanents s’utilitzen per crear pols de camp. Els imants permanents utilitzats al PMSM estan formats per samari-cobalt i mitjà, ferro i bor a causa de la seva permeabilitat més alta.
L’imant permanent més utilitzat és el ferro-neodimi-bor, pel seu cost efectiu i la seva facilitat de disponibilitat. En aquest tipus, els imants permanents es munten al rotor. Basat en el muntatge de l’imant permanent al rotor, la construcció d’un motor síncron d’imant permanent es divideix en dos tipus. Ells són,
PMSM de superfície
En aquesta construcció, l’imant es munta a la superfície del rotor. És adequat per a aplicacions d’alta velocitat, ja que no és robust. Proporciona un buit d’aire uniforme perquè la permeabilitat de l’imant permanent i del buit d’aire és la mateixa. Sense parell de reticència, alt rendiment dinàmic i adequat per a dispositius d’alta velocitat com a robòtica i accionaments d’eines.
Muntat a la superfície
PMSM enterrat o PMSM interior
En aquest tipus de construcció, l’imant permanent s’incrusta al rotor tal com es mostra a la figura següent. És adequat per a aplicacions d’alta velocitat i té robustesa. El parell de reticència es deu a la solidesa del motor.
PMSM enterrat
Funcionament del motor síncron d'imant permanent
El funcionament del motor síncron d'imant permanent és molt senzill, ràpid i eficaç en comparació amb els motors convencionals. El funcionament del PMSM depèn del camp magnètic giratori de l’estator i del camp magnètic constant del rotor. Els imants permanents s’utilitzen com a rotor per crear flux magnètic constant, funciona i es bloqueja a velocitat síncrona. Aquest tipus de motors són similars als motors de corrent continu sense escombretes.
Els grups fasòrics es formen unint els bobinatges de l’estator entre si. Aquests grups fasor s’uneixen per formar diferents connexions com una estrella, Delta, fases dobles i simples. Per reduir les tensions harmòniques, els bobinatges s’han d’enrotllar breument entre si.
Quan el subministrament de corrent altern trifàsic es dóna a l’estator, crea un camp magnètic giratori i el camp magnètic constant s’indueix a causa de l’imant permanent del rotor. Aquest rotor funciona de forma sincronitzada amb la velocitat síncrona. Tot el funcionament del PMSM depèn del buit d’aire entre l’estator i el rotor sense càrrega.
Si l’espai d’aire és gran, es reduiran les pèrdues d’efecte del motor. Els pols de camp creats per l’imant permanent són destacats. Els motors síncrons d’imant permanent no són motors d’arrencada automàtica. Per tant, és necessari controlar la freqüència variable de l’estator per via electrònica.
Motor síncron d'imant permanent vs BLDC
Les diferències entre el motor síncron d’imant permanent (PMSM) i el BLDC ( motors de corrent continu sense escombretes ) inclouen el següent.
| Motor síncron d'imant permanent | BLDC |
| Es tracta de motors síncrons de corrent altern sense escombretes | Es tracta de motors de corrent continu sense escombretes |
| No hi ha ondulacions del parell | Hi ha ondulacions del parell |
| L’eficiència del rendiment és elevada | L’eficiència del rendiment és baixa |
| Més eficient | Menys eficient |
| S'utilitza en aplicacions industrials, automòbils, servomotors, robòtica, accionaments de trens, etc. | S'utilitza en sistemes de potència de direcció electrònica, sistemes de climatització, accionaments de trens híbrids (elèctrics), etc. |
| Produeix poc soroll | Produeix un soroll elevat. |
Avantatges
El avantatges del motor síncron d'imant permanent incloure,
- proporciona una major eficiència a altes velocitats
- disponible en mides petites en diferents paquets
- el manteniment i la instal·lació és molt fàcil que un motor d’inducció
- capaç de mantenir el parell màxim a velocitats baixes.
- alta eficiència i fiabilitat
- proporciona un parell suau i un rendiment dinàmic
Desavantatges
Els desavantatges dels motors síncrons d’imant permanent són:
- Aquest tipus de motors són molt cars en comparació amb els motors d’inducció
- D’alguna manera és difícil engegar perquè no són motors d’arrencada automàtica.
Aplicacions
Les aplicacions de motors síncrons d’imant permanent són,
- Aires condicionats
- Neveres
- Compressors de corrent altern
- Rentadores de tracció directa
- Direcció assistida elèctrica automotriu
- Eines de màquina
- Grans sistemes de potència per millorar el factor de potència principal i retardat
- Control de tracció
- Unitats d'emmagatzematge de dades.
- Servo drives
- Aplicacions industrials com la robòtica, l'aeroespacial i moltes més.
Per tant, tot es tracta una visió general del motor síncron d'imant permanent - definició, funcionament, principi de funcionament, diagrama, construcció, avantatges, desavantatges, aplicacions, cem i equació del parell. Aquí teniu una pregunta: 'Quin és el propòsit d'utilitzar un imant permanent en motors síncrons?
