電気モーターは現代産業の動力であり その中でも パーマンマンマグネット同期モーター (PMSM) は 多岐にわたる分野において 優れたソリューションとして 発展しています伝統的なモーターに比べて どんな利点があるのでしょうか?この記事では,PMSMの構造,作業原理,制御方法について包括的な分析をします.制御方法,およびアプリケーション.
常磁気同期モーター (PMSM) は,常磁気によって刺激磁場が供給される同期モーターの一種である.伝統的な電気刺激同期モーターと比較してPMSMは,よりコンパクトな構造とより高い効率をもたらし,追加の興奮巻きと電源の必要性をなくします.PMSMはより高い電力密度を提供します高性能のサーボ駆動,電気自動車,風力発電,その他の用途に最適です.
PMSMは主にステータルとローターという2つの部分で構成されている.基本構造は従来の同期モーターに似ているが,ローターの設計は彼らの核心革新を表している.
PMSMの静止部品であるステーターは,主にステータコアとステータローリングで構成されている.ステータコアは,鉄の損失を最小限にするために,通常,シリコン鋼板からラミネートされている.ステーターのローリングはステーターのコアのスロットに埋め込まれています,多相交流巻きを形成し,二相と三相構成が最も一般的です.巻き込み分布に基づいて,ステータルの巻き込みは以下に分類することができます:
配線巻きは各ポール・フェーズごとに複数のスロットがある (Q=2,3製造の複雑性が高まるものの,より高いハーモニックを効果的に抑制し,運動性能を向上させるという利点がある.
集中巻きは,各段階 (Q=1) に1本のスロットを使用する.製造が簡単であるが,より高い和音含有量を生成し,和音抑制のための追加の措置を必要とする.
ローター,回転する部品は,永磁を主要な革新として備えています.磁石の配置に基づいて,PMSMは以下に分類されます.
SPMSMでは,磁石はローターの表面に直接設置される.この設計は,近シナウソイド空間の磁場を生成し,インダクタンスパラメータ設計を簡素化します.しかし,機械的な強度が低く,磁石が空気隙間の影響に弱い..
IPMSMは,ローター内に磁石を埋め込み,優れた機械的強度と,増強されたトルク密度のために反抗トルクを使用する能力を提供する.様々な内部磁石構成が存在します.単層を含む複数の層とV型の構造です
突出性比に基づくさらなる分類では,PMSMは以下に分けられる.
PMSMは,ステーターの回転磁場とローターの常磁場との相互作用によって動作する.対称な多相交流電流がステータの巻き込みを通過すると,回転する磁場を生成しますローターの常磁場は この回転場と同期して 回転を駆動するトルクを生成しますシンクロン操作は,ローターの速度がステータフィールドの回転速度に一致すると発生します.
インダクションモーターと同様に,PMSMステータルの巻き込みの3相交流電流は回転磁場を作り出す. 場の回転速度は電源周波数とステータルのポールペアに依存する:
n = 60f / p
ここで n は回転速度 (rpm),f は周波数 (Hz),p はポールペアの数である.
ローターの常磁場とステータの回転場との相互作用により電磁トルクが生成される.トルクの大きさは,フィールド強度,それらの角関係,そしてモーターの構造パラメータSPMSMは主に永久磁石のトルクを生成し,IPMSMは突出したポール設計により永久磁石のトルクと抵抗トルクの両方を生成する.
PMSM制御は,速度,トルク,位置を正確に制御することを目的としている.非線形で強く結合した性質を考えると,PMSM制御はユニークな課題を提示する.一般的な制御アプローチには以下が含まれます:
この単純な方法は,電圧と周波数の比を恒定に保つことで,モーターの速度を制御します.コスト効率が良いが,精度とダイナミック性能は限られています.高性能アプリケーションに不適している.
この先端技術では スタータの電流を刺激とトルク部品に分解し 独立した制御が可能になりますFOCは高精度でダイナミックな応答を提供しますが,座標変換とパラメータ識別を含む複雑なアルゴリズムが必要です.
この方法では,ローターフルックスを基準として用いて,ステーターの電流をd軸とq軸の構成要素に分解し,分離刺激とトルク制御を行う.速速なトルク応答を可能にするが,正確なローター位置データを必要とする.
この変形では,ステータフルックスが基準として使用され,直接のローター位置依存をなくすが,アルゴリズムの複雑さを増加させる.
DTCは,ステータの電圧ベクトルを制御することで,トークを直接制御し,基準トークとフルックス値に一致させます. 構造的にはシンプルで,ダイナミクスも優れています.減速対策が必要となる大きなトルク波紋を生成する.
位置センサーをなくすことでコストと複雑性が軽減される.一般的なセンサーのない技術には以下が含まれます.
この方法は,バックEMF観測からローターの位置を推定するが,低速度では騒音干渉に弱い小さな信号幅のため苦労する.
高周波信号を注入し,突出効果による誘導率変動をモニタリングすることで,このアプローチはIPMSMにはうまく機能するが,より高いスイッチ周波数を必要とする.
トラペソイドバックEMFを持つPMSMに使用されるこの単純な方法は,重要なトルクリップを生成する. 閉ループ実装には位置フィードバックのためにホールセンサーが必要です.
伝統的なインダクションモーターと比較して,PMSMは以下を提示します.
刺激電流を排除すると,特に軽量荷重で顕著な損失が減少します.研究によると,PMSMは,同じ条件下では,プレミアム効率 (IE3) のインダクションモーターより約2%高い効率を達成しています..
高エネルギー永久磁石は,コンパクトな寸法でより強い磁場を可能にし,容積単位あたりより多くの電力を供給します.
低慣性のコンパクトなローター設計により,急速なスタート・ストップ操作と加速が容易になり,ダイナミックな応答が向上します.
FOC や DTC などの高度な制御方法は,スピード,トルク,位置を正確に制御し,要求の高いサーボアプリケーションを満たします.
PMSMは様々な分野で優れている.
電気自動車の推進システムに最適であるPMSMは,走行距離と加速を向上させる.テスラやBYDなどの主要メーカーがこの技術を採用している.
直駆PMSM風力タービンはギアボックスを排除し,機械的な損失と保守を削減し,厳しい環境での信頼性を向上させます.
高性能伺服システムのコアコンポーネントとして,PMSMは工業ロボットやCNC機械ツールの厳格な要求を満たしています.
インバーター式エアコン,洗濯機,冷蔵庫に広く使用されている PMSMは,ノイズを削減し寿命を延長しながらエネルギー効率を向上させます.
PMSMは,優れた効率,パワー密度,制御精度により,モーター技術の重要な進歩を代表しています.永久磁石材料と制御アルゴリズムが 進化し続けています電気モビリティ,スマート製造,航空宇宙への応用がさらに拡大する.モーター設計,制御戦略,継続的なPMSM開発を推進すると約束しています.
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