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Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

El motor síncrono de CC de imán permanente es diferente de la estructura del motor del cepillo que aprendimos en el libro de texto. Utiliza el devanado de la bobina como el estator y el imán permanente como el rotor. El imán permanente está hecho principalmente de material magnético de neodimio y boro de hierro, y dado que contiene tierras raras, el costo es muy alto. Afortunadamente, el estilo chino es un país con un contenido de tierras raras muy alto en el mundo, por lo que el desarrollo vigoroso de vehículos eléctricos no pondrá en peligro la seguridad nacional. 钕 El magnetismo puede ser familiar para muchos amigos que reproducen audio. Si el altavoz está hecho de neodimio, sus propiedades magnéticas serán muy altas, lo que significa que un volumen pequeño puede producir un sonido fuerte y requiere alta potencia. El bajo que se puede empujar puede ser impactante. Por lo tanto, el uso del imán de neodimio como un imán permanente en el motor también aumentará en gran medida la densidad de potencia del motor, reduciendo el volumen y el peso.

El estator de un motor síncrono de CC de imán permanente está compuesto por devanados trifásicos. Por lo tanto, el rotor no está energizado y el estator conecta la corriente. Se requiere un campo magnético giratorio para hacer girar el motor. Dado que el rotor ya es un imán permanente y su nivel magnético es fijo, el campo magnético giratorio solo puede ser generado por los devanados del estator.

Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

Ventajas de rendimiento del motor síncrono de CC de imán permanente

Dado que la batería del vehículo emite energía de CC de alto voltaje, el motor síncrono de CC de imán permanente no requiere un inversor de alta potencia para convertir la energía de CC en una energía de CA sinusoidal en comparación con el motor asíncrono de CA. Después de todo, este proceso de conversión es causa de un cierto grado de pérdida de energía eléctrica. Por lo tanto, a este respecto, el motor síncrono de CC de imán permanente mejora la eficiencia del uso de la batería.

El rotor adopta una estructura de imán permanente, por lo que el rotor tiene un campo magnético y no necesita generar un campo magnético por una corriente inducida adicional como un motor asíncrono de CA. Es decir, el rotor no necesita electricidad para generar magnetismo, por lo que el consumo de energía es menor que el del motor asíncrono de CA.

Después de usar tierras raras como material magnético alto, se reduce el peso del rotor y se mejora la densidad de potencia del motor. Por lo tanto, en la misma situación de potencia, el motor síncrono de CC de imán permanente es más liviano y de menor tamaño, y la velocidad de respuesta del rotor es más rápida.

El motor síncrono de imán permanente puede montar integralmente el motor en el eje para formar un sistema integral de accionamiento directo, es decir, un eje es una unidad de accionamiento, eliminando una caja de engranajes. Las características de los motores síncronos de imanes permanentes son principalmente las siguientes:
(1) PMSM en sí tiene alta eficiencia energética y alto factor de potencia;
(2) PMSM tiene baja generación de calor, por lo que el sistema de enfriamiento del motor tiene una estructura simple, pequeño volumen y bajo ruido;
(3) El sistema adopta una estructura completamente cerrada, sin desgaste del engranaje de transmisión, sin ruido del engranaje de transmisión, sin lubricación, sin mantenimiento;
(4) La corriente de sobrecarga permitida por PMSM es grande, y la confiabilidad se mejora significativamente;
(5) Todo el sistema de transmisión es liviano, y el peso no suspendido es más liviano que el de la transmisión de eje convencional, y la potencia por unidad de peso es grande;
(6) Dado que no hay caja de cambios, el sistema de bogie puede diseñarse libremente: como un bogie suave y un bogie de un solo eje, el rendimiento dinámico del tren mejora enormemente.

Al cambiar la corriente de excitación del generador, generalmente no se realiza directamente en su circuito de rotor, porque la corriente en el circuito es grande y no es conveniente realizar un ajuste directo. El método comúnmente utilizado es cambiar la corriente de excitación del excitador para lograr la regulación del generador. El propósito de la corriente del rotor. Los métodos comunes incluyen cambiar la resistencia del circuito de excitación del excitador, cambiar la corriente de excitación adicional del excitador, cambiar el ángulo de conducción del tiristor, etc.

Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

¿Cuál es la relación entre los motores sin escobillas de CC y los motores síncronos de imanes permanentes?
En los motores de CC sin escobillas, los polos del rotor generalmente están hechos de acero magnético de tipo baldosa. A través del diseño del circuito magnético, se puede obtener la densidad magnética del entrehierro de las ondas trapezoidales. Los devanados del estator están mayormente concentrados e integrados, por lo que la fuerza electromotriz inducida es trapezoidal. El control del motor DC sin escobillas requiere retroalimentación de información de posición. Debe tener un sensor de posición o una técnica de estimación sin sensor de posición para formar un sistema de control de velocidad autocontrolado. Al controlar, las corrientes de fase también se controlan como ondas cuadradas tanto como sea posible, y el voltaje de salida del inversor se puede controlar de acuerdo con el método PWM de motor de CC cepillado. En esencia, el motor de CC sin escobillas también es un tipo de motor síncrono de imanes permanentes, y la regulación de velocidad en realidad pertenece a la categoría de regulación de velocidad de frecuencia variable de voltaje variable.

En términos generales, un motor síncrono de imán permanente tiene un devanado distribuido trifásico del estator y un rotor de imán permanente, y la forma de onda de fuerza electromotriz inducida es sinusoidal en la estructura del circuito magnético y la distribución del devanado, y el voltaje y la corriente del estator aplicados también deben ser ondas sinusoidales, que generalmente dependen de la transformación de voltaje de CA. El inversor proporciona. El sistema de control de motor síncrono de imán permanente a menudo adopta un tipo de autocontrol y también necesita información de retroalimentación de posición. Puede adoptar control vectorial (control de dirección de campo) o una estrategia de control avanzada de control de par directo.


La diferencia entre los dos puede considerarse como el concepto de diseño causado por el control de la onda cuadrada y la onda sinusoidal.

El principio del motor DC sin escobillas es el mismo que el del motor DC con escobillas de carbón. DC puede pensar en la onda cuadrada como la combinación de dos corrientes directas con diferentes direcciones (no superpuestas), una será positiva, una será negativa, solo de esta manera La corriente puede hacer que la armadura del motor continúe girando. De hecho, si la corriente de la armadura en el motor de CC cepillado es la misma que esta corriente

Características relacionadas
1, regulación de voltaje
El ajuste automático del sistema de excitación puede verse como un sistema de control de retroalimentación negativa con voltaje como la cantidad a ajustar. La corriente de carga reactiva es la causa principal de la caída de voltaje en el terminal del generador. Cuando la corriente de excitación es constante, el voltaje terminal del generador disminuirá a medida que aumenta la corriente reactiva. Sin embargo, para cumplir con los requisitos del usuario para la calidad de la energía, el voltaje terminal del generador debe permanecer básicamente igual. La forma de lograr este requisito es ajustar la corriente de excitación del generador con el cambio de corriente reactiva.
2 Ajuste de potencia reactiva:
Cuando el generador y el sistema se operan en paralelo, se puede considerar que funciona con la barra colectora de la fuente de alimentación infinita de gran capacidad. La corriente de excitación del generador debe cambiarse, y el potencial inducido y la corriente del estator también cambian. En este momento, la corriente reactiva del generador también cambia. Cuando el generador se opera en paralelo con un sistema de capacidad infinita, para cambiar la potencia reactiva del generador, se debe ajustar la corriente de excitación del generador. La corriente de excitación del generador que se cambia en este momento no se denomina "regulación", sino que simplemente cambia la potencia reactiva que se envía al sistema.

3 Distribución de carga reactiva:
Los generadores que funcionan en paralelo están distribuidos proporcionalmente con corriente reactiva de acuerdo con sus respectivas capacidades nominales. Los generadores de gran capacidad deben soportar más carga reactiva, mientras que los más pequeños proporcionan menos carga reactiva. Para realizar la distribución automática de la carga reactiva, la corriente de excitación de la regulación automática de alto voltaje puede usarse para cambiar la corriente de excitación del generador para mantener constante la tensión del terminal, y la inclinación de la característica de regulación de voltaje del generador puede ser ajustado para realizar la operación paralela del generador. Distribución razonable de la carga reactiva.

Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

La diferencia entre el motor síncrono de imán permanente y el motor de CC sin escobillas
Generalmente, cuando se diseña el motor de CC sin escobillas, el campo magnético del entrehierro es de onda cuadrada (onda trapezoidal) y la parte superior plana es lo más plana posible. Por lo tanto, en la selección de logaritmo de polo, generalmente se selecciona un devanado concentrado de ranura entera, como una ranura 4 de polo 12, y el acero magnético es generalmente un anillo concéntrico en forma de abanico, que está magnetizado radialmente. Generalmente está equipado con un sensor Hall para detectar la posición y la velocidad. El método de conducción es generalmente una unidad de onda cuadrada de seis pasos para ocasiones donde el requisito de posición no es muy alto;

La sincronización del imán permanente es un espacio de aire sinusoidal, mejor es el sinusoidal, por lo que el devanado de ranura fraccional se selecciona en el logaritmo del polo, como la ranura 4-pole 15, la ranura 10 pole 12, etc. El acero magnético generalmente tiene forma de pan , magnetización paralela, y el sensor generalmente configura el codificador incremental, el resolutor, el codificador absoluto, etc. El modo Drive i generalmente es impulsado por una onda sinusoidal, como el algoritmo FOC. Para aplicaciones servo.

Puede distinguir entre estructuras internas, sensores, controladores y aplicaciones. Este tipo de motor también se puede usar indistintamente, pero degradará el rendimiento. Para la mayoría de las formas de onda de entrehierro, hay un motor de imán permanente entre los dos, principalmente según el modo de conducción. .
La velocidad del motor de CC sin escobillas de imán permanente se puede cambiar. Los motores síncronos de imán permanente requieren unidades especiales para cambiar las velocidades, como el servoaccionamiento S3000B de tres cristales.

De acuerdo con los requisitos de las diferentes máquinas de producción industrial y agrícola, el accionamiento del motor se divide en tres tipos: accionamiento de velocidad fija, accionamiento de control de velocidad y accionamiento de control de precisión.


1, unidad de velocidad fija
Hay una gran cantidad de maquinaria de producción en la producción industrial y agrícola que requiere operación continua en una sola dirección a velocidades aproximadamente constantes, como ventiladores, bombas, compresores y máquinas herramientas en general. En el pasado, la mayoría de estas máquinas funcionaban con motores asíncronos trifásicos o monofásicos. Los motores asíncronos son de bajo costo, de estructura simple y fácil de mantener, y son muy adecuados para conducir tales máquinas. Sin embargo, el motor asíncrono tiene baja eficiencia, bajo factor de potencia y grandes pérdidas, y este tipo de motor tiene una gran área de superficie, por lo que se desperdicia una gran cantidad de energía eléctrica. En segundo lugar, la gran cantidad de ventiladores y bombas utilizados en la industria y la agricultura a menudo necesitan ajustar su velocidad de flujo, generalmente ajustando el amortiguador y la válvula, lo que desperdicia mucha energía eléctrica. Desde los 1970, las personas usaron inversores para ajustar la velocidad de los motores asíncronos en los ventiladores y las bombas para ajustar su velocidad de flujo, y lograron ahorros de energía considerables. Sin embargo, el costo del inversor limita su uso, y la baja eficiencia del motor asíncrono aún existe.

Por ejemplo, los compresores domésticos de aire acondicionado utilizaban originalmente motores asíncronos monofásicos, y su funcionamiento se controlaba mediante conmutación, y el ruido y el rango de variación de alta temperatura eran insuficientes. En los primeros 1990, Toshiba Corporation de Japón adoptó por primera vez la regulación de velocidad de frecuencia variable del motor asíncrono en el control del compresor. Las ventajas de la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia promovieron el desarrollo del aire acondicionado inverter. En los últimos años, las empresas japonesas Hitachi, Sanyo y otras compañías han comenzado a usar motores sin escobillas de imanes permanentes en lugar de control asíncrono de frecuencia del motor, mejorando significativamente la eficiencia, logrando un mayor ahorro de energía y reduciendo aún más el ruido a la misma potencia nominal y velocidad nominal. A continuación, el volumen y el peso del motor asíncrono monofásico son 100%, y el volumen del motor DC sin escobillas de imán permanente es 38.6%, el peso es 34.8%, la cantidad de cobre es 20.9% y la cantidad de hierro es 36.5%. Más del 10%, y la velocidad es conveniente, el precio es equivalente al control de frecuencia del motor asíncrono. La aplicación del motor DC sin escobillas de imán permanente en el aire acondicionado promueve la actualización del aire acondicionado.

2, unidad de control de velocidad
Hay muchas máquinas en funcionamiento, y su velocidad de funcionamiento debe establecerse y ajustarse arbitrariamente, pero los requisitos de precisión del control de velocidad no son muy altos. Tales sistemas de accionamiento tienen una gran cantidad de aplicaciones en maquinaria de envasado, maquinaria de alimentos, maquinaria de impresión, maquinaria de manipulación de materiales, maquinaria textil y vehículos de transporte. El más utilizado en este tipo de campo de aplicación de regulación de velocidad es el sistema de control de velocidad del motor DC. Después del desarrollo de la tecnología electrónica de potencia y la tecnología de control en los 1970, la regulación de velocidad de frecuencia variable del motor asíncrono penetró rápidamente en el campo de aplicación del sistema de control de velocidad DC original. . Esto se debe a que, por un lado, el precio de rendimiento del sistema de control de velocidad de frecuencia variable del motor asíncrono es comparable al del sistema de control de velocidad de CC. Por otro lado, el motor asíncrono tiene un proceso de fabricación simple, alta eficiencia y menos cobre para el mismo motor de potencia que el motor de CC. Las ventajas de un mantenimiento conveniente, etc. Por lo tanto, la regulación de velocidad de conversión de frecuencia del motor asíncrono ha reemplazado rápidamente al sistema de regulación de velocidad de CC en muchas ocasiones.

3, accionamiento de control de precisión
Sistema de servocontrol de alta precisión 1
Los servomotores desempeñan un papel importante en el control de la operación de la automatización industrial. Los requisitos de rendimiento de la aplicación de los servomotores también son diferentes. En aplicaciones prácticas, los servomotores tienen varios métodos de control, tales como control de par / control de corriente, control de velocidad, control de posición y similares. El sistema servomotor también ha experimentado un sistema servo de CC, un sistema servo de CA, un sistema de accionamiento de motor paso a paso y, hasta hace poco, el servo sistema de motor de imán permanente más atractivo. La mayoría de los equipos de automatización importados, equipos de procesamiento automático y robots importados en los últimos años han adoptado el servo sistema de CA de motor síncrono de imanes permanentes.

Motor síncrono de imán permanente 2 en tecnología de la información
Hoy en día, la tecnología de la información está altamente desarrollada, y varios periféricos informáticos y equipos de automatización de oficina también están altamente desarrollados. La demanda de micromotores con componentes clave es alta, y los requisitos de precisión y rendimiento son cada vez más altos. Los requisitos para tales micromotores son miniaturización, adelgazamiento, alta velocidad, larga vida, alta confiabilidad, bajo ruido y baja vibración, y los requisitos de precisión son particularmente altos.

Accionamientos de motor de CC sincrónicos y sin escobillas de imán permanente

El motor síncrono de imán permanente es un motor síncrono que genera un campo magnético giratorio síncrono por excitación de imán permanente. El imán permanente actúa como un rotor para generar un campo magnético giratorio. El devanado del estator trifásico pasa a través de la reacción de la armadura bajo la acción de un campo magnético giratorio para inducir una corriente simétrica trifásica.
En este momento, la energía cinética del rotor se convierte en energía eléctrica, y el motor síncrono de imán permanente se utiliza como generador. Además, cuando el lado del estator está conectado a la corriente simétrica trifásica, dado que el estator trifásico difiere por 120 en la posición espacial, la corriente del estator trifásico está en el espacio. Se genera el campo magnético giratorio, y el campo magnético giratorio del rotor está sujeto a la acción de la fuerza electromagnética. En este momento, la energía eléctrica se convierte en energía cinética, y el motor síncrono de imán permanente se utiliza como motor.

Manera de trabajar:
1 Varias formas para que el generador obtenga la corriente de excitación
1) Modo de excitación de la fuente de alimentación del generador de CC
Este tipo de generador de excitación tiene un generador de CC dedicado. Este generador de CC especial se llama excitador de CC. El excitador es generalmente coaxial con el generador. El devanado de excitación del generador pasa a través de un anillo deslizante montado en el eje grande. Y el cepillo fijo recibe corriente continua del excitador. Este modo de excitación tiene las ventajas de una corriente de excitación independiente, un funcionamiento confiable y un consumo reducido de electricidad de uso propio. Es el principal modo de excitación de los generadores en las últimas décadas y tiene una experiencia de operación madura. La desventaja es que la velocidad de ajuste de excitación es lenta y la carga de trabajo de mantenimiento es grande, por lo que rara vez se usa en unidades por encima de 10MW.

2) Modo de excitación de la fuente de alimentación del excitador de CA
Algunos generadores modernos de gran capacidad utilizan un excitador para proporcionar corriente de excitación. El excitador de CA también está montado en el eje grande del generador. La salida de corriente alterna se rectifica y se suministra al rotor del generador para su excitación. En este momento, el modo de excitación del generador pertenece al modo de excitación, y debido al dispositivo de rectificación estática, también se llama Para la excitación de la excitación estática, el excitador secundario de CA proporciona la corriente de excitación. El excitador secundario de CA puede ser un dispositivo de medición de imán permanente o un alternador que tiene un dispositivo de voltaje constante autoexcitado. Para mejorar la velocidad de regulación de la excitación, el excitador de CA generalmente usa un generador de frecuencia media de 100-200 Hz, mientras que el excitador auxiliar de CA usa un generador de frecuencia intermedia de 400-500 Hz. El devanado de excitación de CC y el devanado de CA trifásico del generador se enrollan en la ranura del estator. El rotor solo tiene dientes y ranuras y no tiene devanados, como un engranaje. Por lo tanto, no tiene partes giratorias como cepillos y anillos colectores, y tiene un funcionamiento confiable. El modelo de utilidad tiene las ventajas de una estructura simple, un proceso de fabricación conveniente y similares. La desventaja es que el ruido es grande y el componente armónico del potencial de CA también es grande.

3) Modo de excitación del excitador
En el modo de excitación, no se proporciona un excitador especial, y la potencia de excitación se obtiene del propio generador, y luego se rectifica y luego se suministra al generador para su excitación, que se llama excitación estática autoexcitada. La excitación estática autoexcitada se puede dividir en autoexcitación y autoexcitación. Modo de autoexcitación Obtiene la corriente de excitación a través del transformador rectificador conectado a la salida del generador y la suministra al generador para su excitación después de la rectificación. Este modo de excitación tiene las ventajas de una estructura simple, menos equipo, menos inversión y menos mantenimiento. Además de la rectificación y transformación, el modo de autoexcitación también tiene un transformador de corriente de alta potencia conectado en serie al circuito del estator del generador. La función de este transformador es proporcionar una gran corriente de excitación al generador en caso de un cortocircuito para compensar la falta de salida del transformador rectificador. Este método de excitación tiene dos tipos de fuentes de energía de excitación, una fuente de voltaje obtenida por un transformador rectificador y una fuente de corriente obtenida por un transformador en serie.

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