Pumbaa 60KW PMSM piedziņas motori elektrotransportlīdzekļiem PML60

1. Plakanvadu motors
• Motora tinuma forma pakāpeniski pāriet no apaļas stieples uz plakanu vadu, ar augstu rievu aizpildīšanas ātrumu, īsiem galiem, augstu jaudas blīvumu un spēcīgu siltuma izkliedes spēju

2. Augstsprieguma izolācijas konstrukcija
• Motors ir aprīkots ar jauniem izolācijas materiāliem un procesiem, lai atbilstu SiC regulatoru augstās pārslēgšanās frekvences prasībām arvien ātrākiem motoriem.

•3. Ātrgaitas un īpaši izturīgi izolēti gultņi
• Motora konstrukcijā izmantoti izolēti gultņi, kas atbilst 24000 apgr./min konstrukcijas prasībām; Un tas var efektīvi kavēt gultņu elektriskās korozijas veidošanos

4. Ar eļļu dzesējams motors
• Motors izmanto ātrgaitas eļļas dzesēšanas struktūru, kas efektīvi samazina nominālo jaudu pēc tilpuma samazināšanas, kas ne tikai uzlabo efektivitāti, bet arī uzlabo sistēmas kalpošanas laiku

5. Lieliska NVH veiktspēja
• Motora rotors izmanto segmentētu slīpu polu struktūru, kas efektīvi optimizē motora sistēmas NVH

Rūpnieciskās automatizācijas, jaunu enerģijas transportlīdzekļu un augstas klases robotikas jomā pastāvīgā magnēta sinhronie motori (Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM) ir kļuvuši par galveno izvēli piedziņas sistēmām, pateicoties to augstajai efektivitātei, kompaktajam izmēram un izcilajām dinamiskās reakcijas īpašībām. Šajā rakstā sniegta visaptveroša šīs kritiskās motoru tehnoloģijas analīze no vairākiem aspektiem, tostarp definīcija, darbības principi, konstrukcijas dizains, vadības loģika, priekšrocības un trūkumi, kā arī salīdzinājums ar BLDC mainīgas frekvences motoriem.

I. PMSM definīcija un galvenās īpašības

Pastāvīgā magnēta sinhronais motors ir trīsfāžu maiņstrāvas sinhronais motors. Tā raksturīgā iezīme ir tā, ka rotoram nav nepieciešams ierosmes tinums; tā vietā tas ģenerē pastāvīgu magnētisko lauku tieši caur pastāvīgajiem magnētiem (piemēram, neodīma-dzelzs-bora, samārija-kobalta), kas sinhroni darbojas ar statora tinumu radīto rotējošo magnētisko lauku.

Salīdzinot ar tradicionālajiem indukcijas motoriem, PMSM ir ievērojamas priekšrocības:

​● Augsta efektivitāte: Rotoram nav ierosmes zudumu (vara zudumi ir niecīgi), kā rezultātā jaudas blīvums ir par vairāk nekā 30% lielāks nekā indukcijas motoriem.

​● Augsta dinamiskā reakcija: spēj nodrošināt pilnu griezes momentu pie nulles ātruma, padarot to piemērotu lietojumiem, kuros nepieciešamas biežas iedarbināšanas un apturēšanas darbības.

​● Zems trokšņa līmenis un vienmērīgs griezes moments: Izstrādāts ar sinusoidālu pretelektromotorisko spēku (EMF), tas darbojas ar minimālu vibrāciju.

​● Augsts jaudas koeficients: Rotora magnētisko lauku nodrošina pastāvīgie magnēti, kas novērš ierosmes komponentu statora strāvā. Rezultātā sistēmas jaudas koeficients tuvojas 1.

(PMSM)

II. PMSM darbības princips

PMSM darbība balstās uz "statora-rotora magnētiskā lauka sinhronizācijas" mehānismu, kas darbojas šādi:

1. Statora rotējošā magnētiskā lauka ģenerēšana: Kad statora trīsfāžu tinumiem tiek pievadīta trīsfāžu maiņstrāva, gaisa spraugā tiek ģenerēts rotējošs magnētiskais lauks, kas rotē ar sinhrono ātrumu ns = 60f/p.

(kur f ir barošanas avota frekvence un p ir polu pāru skaits).

2. Rotora magnētiskā lauka sinhronizācija: Rotora pastāvīgo magnētu magnētiskais lauks mijiedarbojas ar statora rotējošo magnētisko lauku, radot elektromagnētisko griezes momentu, kas liek rotoram griezties sinhronā ātrumā atbilstoši statora laukam.

3. Pašpalaišanās īpašība: Tā kā sākotnējā rotora pozīcija nav zināma un paši nespēj ģenerēt palaišanas griezes momentu, PMSM ir nepieciešama koordinācija ar invertoru (nodrošinot mainīgas frekvences jaudu), lai panāktu mīkstu palaišanu. Normāla darbība sākas tikai pēc tam, kad ātrums sasniedz slieksni.

III. PMSM pamatstruktūra: stators un rotors

PMSM struktūra ir līdzīga parasta sinhronā motora struktūrai, taču tā rotora konstrukcija ir galvenā atšķirība, kas tieši ietekmē veiktspēju un pielietojuma scenārijus.

1. Stators: enerģijas pārveidošanas centrs

Statora struktūra lielā mērā atbilst maiņstrāvas indukcijas motoru struktūrai, kas galvenokārt sastāv no dzelzs serdes un trīsfāžu tinumiem:

​● Dzelzs kodols: Izgatavots no laminētām silīcija tērauda loksnēm, lai samazinātu virpuļstrāvu zudumus.

● Tinumi: Trīsfāžu tinumi ir sinusoidāli izvietoti statora spraugās. Kad tie tiek ieslēgti, tie ģenerē gandrīz sinusoidālu pretelektromagnētisko spēku (EML), nodrošinot, ka izejas strāva un spriegums ir fāzē (palielinot jaudas koeficientu).

2. Rotors: kodols, ko darbina pastāvīgie magnēti

Rotoram nav ierosmes tinumu, un tā magnētiskais lauks tiek ģenerēts, izmantojot pastāvīgos magnētus. To iedala divos veidos, pamatojoties uz pastāvīgā magnēta uzstādīšanas metodi:

​● Virsmas montāžas pastāvīgā magnēta sinhronais motors (SPM): pastāvīgie magnēti ir piestiprināti pie rotora virsmas un pārklāti ar aizsargapvalku (piemēram, no oglekļa šķiedras), lai novērstu centrbēdzes bojājumus. SPM, ko raksturo augsts gaisa spraugas magnētiskās plūsmas blīvums, ir ideāli piemēroti lietojumiem, kas ir jutīgi pret tilpumu un svaru (piemēram, dronu piedziņām).

​● Iekšējais pastāvīgā magnēta sinhronais motors (IPM): pastāvīgie magnēti ir iestrādāti rotora iekšpusē (piemēram, V vai U veida spraugās). Izmantojot pretestības griezes momentu (papildu griezes momentu, ko rada rotora serdes asimetriskā magnētiskā ķēde), IPM palielina izejas jaudu. Pateicoties augstākai efektivitātei un lielākai pārslodzes izturībai, IPM tiek plaši izmantoti elektrisko transportlīdzekļu piedziņas sistēmās.

(EV MOTORS)

IV. PMSM vadības princips: vektorvadība un digitālās tehnoloģijas

Lai panāktu augstas precizitātes ātruma un griezes momenta kontroli, PMSM izmanto vektorvadības (lauka orientētas vadības, FOC) tehnoloģiju. Tās pamatā ir trīsfāžu maiņstrāvas lielumu pārveidošana līdzstrāvas lielumos (dq ass) rotējošā koordinātu sistēmā, izmantojot koordinātu transformāciju, kas nodrošina neatkarīgu plūsmas un griezes momenta kontroli.

Kontroles procesa galvenie posmi:

1. Pozīcijas noteikšana: Rotora pozīcijas un ātruma iegūšana reāllaikā, izmantojot kodētāju vai izšķirtspēju, nodrošinot leņķisko atskaiti koordinātu pārveidošanai.

2. Strāvas paraugu ņemšana un pārveidošana: Statora trīsfāžu strāvu savākšana, kas tiek pārveidota par dq ass strāvām (kas kontrolē griezes momentu), izmantojot Klārka/Parka transformāciju.

3. DSP aprēķins un PWM modulācija: digitālais signālu procesors (DSP) aprēķina dq ass strāvu atsauces vērtības, pamatojoties uz mērķa griezes momentu un ātrumu, un pēc tam ģenerē invertora piedziņas signālus, izmantojot telpas vektora impulsa platuma modulāciju (SVPWM), lai regulētu statora spriegumu un frekvenci.

Tehniskās priekšrocības: Vektorvadība atdala plūsmu un griezes momentu, samazinot dinamiskās reakcijas laiku līdz milisekundēm un nodrošinot pilnu griezes momenta izvadi pie nulles ātruma. Tomēr tai ir nepieciešami augstas veiktspējas DSP vai MCU, kas palielina sistēmas sarežģītību.

V. PMSM priekšrocības un trūkumi

VI. PMSM un BLDC mainīgas frekvences motors: tehniskie savienojumi un pielietojuma atšķirības

Gan PMSM, gan bezkontaktu līdzstrāvas mainīgas frekvences motori (BLDC) ir balstīti uz pastāvīgajiem magnētiem un elektronisko komutāciju, taču tie atšķiras pielietojuma pozicionējumā:

​● BLDC: Koncentrējas uz zemām izmaksām un vienkāršu vadību, izmantojot taisnstūra viļņu piedziņu (trapecveida pretelektromagnētiskais lauks). Tā ir piemērota lietojumiem ar zemām precizitātes prasībām, piemēram, ventilatoriem un ūdens sūkņiem.

​● PMSM: Prioritāte tiek piešķirta augstai precizitātei un veiktspējai, izmantojot sinusoidālu piedziņu (sinusoidāls pretelektromagnētiskais lauks) un atbalstot vektoru vadību. To plaši izmanto augstas klases jomās, piemēram, rūpnieciskajos robotos un elektriskajos transportlīdzekļos.

Secinājums

Pateicoties augstajai efektivitātei, kompaktajam izmēram un izcilajai dinamiskajai reakcijai, pastāvīgā magnēta sinhronais motors ir kļuvis par rūpniecības un jauno enerģētikas nozaru "enerģijas kodolu". Neskatoties uz izmaksu un vadības sarežģītības izaicinājumiem, pastāvīgā magnēta materiālu attīstība (piemēram, lēts samārijs-dzelzs-slāpeklis) un digitālās vadības tehnoloģijas vēl vairāk paplašinās tā pielietojuma scenārijus. Nākotnē pastāvīgā magnēta sinhronajiem motoriem (PMSM) joprojām būs izšķiroša nozīme tādās progresīvās jomās kā viedā ražošana un autonomā braukšana.