Pumbaa 60KW PMSM ajamimootorid elektrisõidukitele PML60

1. Lameda juhtmega mootor
• Mootori mähise kuju muutub järk-järgult ümarast traadist lamedaks, millel on kõrge soonte täitmise määr, lühikesed otsad, suur võimsustihedus ja tugev soojuseraldusvõime.

2. Kõrgepinge isolatsiooni disain
• Mootor kasutab uusi isolatsioonimaterjale ja protsesse, et täita SiC-kontrollerite kõrge lülitussageduse nõudeid üha kiiremate mootorite puhul.

•3. Kiired ja vastupidavad isoleeritud laagrid
• Mootori konstruktsioonis on kasutatud isoleeritud laagreid, mis vastavad 24000 p/min projekteerimisnõuetele; Ja see suudab tõhusalt pärssida laagrite elektrilise korrosiooni teket

4. Õlijahutusega mootor
• Mootoril on kiire õlijahutusega konstruktsioon, mis vähendab tõhusalt nimivõimsust pärast mahu vähendamist, mis mitte ainult ei paranda efektiivsust, vaid pikendab ka süsteemi kasutusiga.

5. Suurepärane müra-, vibratsiooni- ja vibratsioonitase
• Mootori rootoril on segmenteeritud kaldpooluse struktuur, mis optimeerib tõhusalt mootorisüsteemi müra- ja vibratsioonitaset (NVH).

Tööstusautomaatika, uute energiaallikate ja tipptasemel robootika valdkonnas on püsimagnetiga sünkroonmootorid (PMSM) oma kõrge efektiivsuse, kompaktse suuruse ja suurepäraste dünaamiliste karakteristikuomaduste tõttu kerkinud esile ajamisüsteemide põhivalikuna. See artikkel annab põhjaliku analüüsi sellest olulisest mootoritehnoloogiast mitmest vaatenurgast, sealhulgas definitsiooni, tööpõhimõtted, konstruktsioonilise disaini, juhtimisloogika, eelised ja puudused ning võrdluse BLDC muutuva sagedusega mootoritega.

I. PMSM-i definitsioon ja põhiomadused

Püsimagnetiga sünkroonmootor on kolmefaasiline vahelduvvoolu sünkroonmootor. Selle iseloomulikuks tunnuseks on see, et rootor ei vaja ergutusmähist; selle asemel tekitab see püsimagnetite (nt neodüüm-raud-boor, samaarium-koobalt) kaudu pideva magnetvälja, mis töötab sünkroonselt staatori mähiste tekitatud pöörleva magnetväljaga.

Võrreldes traditsiooniliste induktsioonmootoritega on PMSM-idel olulisi eeliseid:

​● Kõrge efektiivsus: Rootoril ei teki ergastuskadusid (vasekaod on tühised), mille tulemuseks on üle 30% suurem võimsustihedus kui asünkroonmootoritel.

​● Suur dünaamiline reaktsioon: võimeline andma täispöördemomenti nullkiirusel, mistõttu sobib see rakenduste jaoks, mis nõuavad sagedast käivitamist ja seiskamist.

​● Madal müratase ja sujuv pöördemoment: Sinusoidaalse tagasi-elektromotoorjõuga (EMF) konstrueeritud seade töötab minimaalse vibratsiooniga.

​● Suur võimsustegur: Rootori magnetvälja tagavad püsimagnetid, mis kõrvaldavad staatori voolu ergastuskomponendi. Selle tulemusel läheneb süsteemi võimsustegur väärtusele 1.

(PMSM)

II. PMSM-i tööpõhimõte

PMSM-i töö põhineb "staatori-rootori magnetvälja sünkroniseerimise" mehhanismil, mis toimib järgmiselt:

1. Staatori pöörleva magnetvälja tekitamine: kui staatori kolmefaasilistele mähistele rakendatakse kolmefaasilist vahelduvvoolu, tekib õhupilus pöörlev magnetväli, mis pöörleb sünkroonkiirusel ns = 60f/p.

(kus f on toiteallika sagedus ja p on pooluspaaride arv).

2. Rootori magnetvälja sünkroniseerimine: Rootori püsimagnetite magnetväli interakteerub staatori pöörleva magnetväljaga, tekitades elektromagnetilise pöördemomendi, mis paneb rootori pöörlema ​​sünkroonsel kiirusel staatori magnetväljaga kooskõlas.

3. Mitte-isekäivituv omadus: Kuna rootori algpositsioon on teadmata ja käivitusmomenti ei ole võimalik ise genereerida, vajavad PMSM-id pehme käivituse saavutamiseks koordineerimist inverteriga (mis annab muudetava sagedusega võimsust). Normaalne töö algab alles siis, kui kiirus saavutab teatud läve.

III. PMSM-i põhistruktuur: staator ja rootor

PMSM-i struktuur sarnaneb tavapärase sünkroonmootori omaga, kuid selle rootori konstruktsioon on peamine eristav omadus, mis mõjutab otseselt jõudlust ja rakendusstsenaariume.

1. Staator: energia muundamise keskus

Staatori struktuur on suures osas kooskõlas vahelduvvoolu induktsioonmootorite omaga, mis koosneb peamiselt rauast südamikust ja kolmefaasilistest mähistest:

​● Raudsüdamik: valmistatud lamineeritud räniterasest lehtedest, et vähendada pöörisvoolukadusid.

● Mähised: Kolmefaasilised mähised on staatori soontes jaotatud sinusoidaalselt. Pinge all tekitavad nad peaaegu sinusoidaalse tagasi-EMJ, tagades väljundvoolu ja -pinge faasi vastavuse (suurendades võimsustegurit).

2. Rootor: püsimagnetite poolt juhitav südamik

Rootoril puuduvad ergutusmähised ja see tekitab oma magnetvälja püsimagnetite abil. Püsimagneti paigaldusmeetodi põhjal liigitatakse see kahte tüüpi:

​● Pinnale paigaldatav püsimagnetiga sünkroonmootor (SPM): Püsimagnetid on rootori pinnale kinnitatud ja kaetud kaitseümbrisega (nt süsinikkiust), et vältida tsentrifugaalkahjustusi. Suure õhupilu magnetvoo tiheduse tõttu sobivad SPM-id ideaalselt mahu- ja kaalutundlike rakenduste jaoks (nt droonide ajamite jaoks).

​● Sisemine püsimagnetiga sünkroonmootor (IPM): Püsimagnetid on rootori sisse paigutatud (nt V- või U-kujulistesse piludesse). IPM-id suurendavad reluktantsmomenti (rootori südamiku asümmeetrilise magnetahela tekitatud lisamoment) ärakasutamise abil väljundvõimsust. Suurema efektiivsuse ja suurema ülekoormustaluvusega IPM-e kasutatakse laialdaselt elektriautode ajamisüsteemides.

(Elektrimootor)

IV. PMSM-i juhtimispõhimõte: vektorjuhtimine ja digitaaltehnoloogiad

Kiiruse ja pöördemomendi ülitäpse juhtimise saavutamiseks tuginevad PMSM-id vektorjuhtimise (väljaorienteeritud juhtimise, FOC) tehnoloogiale. Selle põhiolemus hõlmab kolmefaasilise vahelduvvoolu suuruste teisendamist alalisvoolu suurusteks (dq-telg) pöörlevas koordinaatsüsteemis koordinaatteisenduse abil, mis võimaldab voo ja pöördemomendi sõltumatut juhtimist.

Kontrolliprotsessi põhietapid:

1. Asendi tuvastamine: rootori asukoha ja kiiruse reaalajas omandamine kodeerija või resolveri abil, mis annab koordinaatide teisendamiseks nurkviite.

2. Voolu proovivõtt ja teisendamine: staatori kolmefaasiliste voolude kogumine, mis teisendatakse Clarke'i/Parki teisenduse abil dq-teljevooludeks (mis juhivad pöördemomenti).

3. DSP arvutus ja PWM-modulatsioon: digitaalne signaaliprotsessor (DSP) arvutab dq-telje voolude võrdlusväärtused sihtpöördemomendi ja -kiiruse põhjal ning genereerib seejärel ruumivektori impulsilaiuse modulatsiooni (SVPWM) abil inverteri ajami signaale staatori pinge ja sageduse reguleerimiseks.

Tehnilised eelised: Vektorjuhtimine lahutab voo ja pöördemomendi, vähendades dünaamilist reageerimisaega millisekunditeni ja võimaldades täieliku pöördemomendi väljundit nullkiirusel. See aga nõuab suure jõudlusega DSP-sid või MCU-sid, mis suurendab süsteemi keerukust.

V. PMSM-i eelised ja puudused

VI. PMSM vs. BLDC muudetava sagedusega mootor: tehnilised ühendused ja rakenduste erinevused

Nii PMSM-id kui ka harjadeta alalisvoolu muudetava sagedusega mootorid (BLDC) põhinevad püsimagnetitel ja elektroonilisel kommutatsioonil, kuid need erinevad rakenduse paigutuse poolest:

​● BLDC: Keskendub madalale hinnale ja lihtsale juhtimisele, kasutades ristkülikukujulist ajamit (trapetsikujuline tagasi-EMF). See sobib rakenduste jaoks, kus on madalad täpsusnõuded, näiteks ventilaatorite ja veepumpade jaoks.

​● PMSM: prioriteediks on suur täpsus ja jõudlus, kasutades sinusoidaalset ajamit (sinusoidaalne tagasi-EMJ) ja toetades vektorjuhtimist. Seda kasutatakse laialdaselt tipptasemel valdkondades, nagu tööstusrobotid ja elektrisõidukid.

Kokkuvõte

Tänu oma kõrgele efektiivsusele, kompaktsele suurusele ja suurepärasele dünaamilisele reageerimisvõimele on püsimagnetiga sünkroonmootorist saanud tööstus- ja uute energiasektorite „jõukeskus“. Vaatamata kulude ja juhtimise keerukusega seotud väljakutsetele laiendavad püsimagnetmaterjalide (nt odava samaarium-raud-lämmastik) ja digitaalsete juhtimistehnoloogiate edusammud selle rakendusvõimalusi veelgi. Tulevikus mängivad püsimagnetmootorid jätkuvalt olulist rolli tipptasemel valdkondades, nagu intelligentne tootmine ja autonoomne juhtimine.