소형화 및 높은 토크 밀도로 인해 영구자석 동기 모터는 많은 산업 응용 분야, 특히 잠수함 추진 시스템과 같은 고성능 구동 시스템에 널리 사용됩니다.영구 자석 동기 모터는 여자를 위해 슬립 링을 사용할 필요가 없으므로 회전자 유지 관리 및 손실이 줄어듭니다.영구 자석 동기 모터는 매우 효율적이며 CNC 공작 기계, 로봇 공학 및 산업 자동화 생산 시스템과 같은 고성능 구동 시스템에 적합합니다.
일반적으로 영구자석 동기 전동기의 설계 및 구성에서는 고성능 전동기를 얻기 위해서는 고정자와 회전자의 구조를 모두 고려해야 합니다.
영구자석 동기 전동기의 구조
공극 자속 밀도:비동기 모터 등의 설계, 영구 자석 회전자의 설계 및 고정자 권선 전환을 위한 특수 요구 사항의 사용에 따라 결정됩니다.또한, 고정자는 슬롯형 고정자로 가정된다.공극 자속 밀도는 고정자 코어의 포화에 의해 제한됩니다.특히, 피크 자속 밀도는 기어 치형의 폭에 의해 제한되는 반면, 고정자의 뒤쪽은 최대 총 자속을 결정합니다.
또한 허용되는 포화 수준은 응용 분야에 따라 다릅니다.일반적으로 고효율 모터는 자속 밀도가 낮은 반면, 최대 토크 밀도를 위해 설계된 모터는 자속 밀도가 높습니다.피크 공극 자속 밀도는 일반적으로 0.7-1.1 Tesla 범위에 있습니다.이는 총 자속 밀도, 즉 회전자와 고정자 자속의 합이라는 점에 유의해야 합니다.이는 전기자 반력이 낮으면 정렬 토크가 높다는 것을 의미합니다.
그러나 큰 릴럭턴스 토크 기여를 달성하려면 고정자 반력이 커야 합니다.기계 매개변수는 정렬 토크를 얻기 위해 주로 큰 m과 작은 인덕턴스 L이 필요하다는 것을 보여줍니다.높은 인덕턴스가 역률을 감소시키기 때문에 일반적으로 기본 속도 이하에서 작동하는 데 적합합니다.
영구 자석 재료:
자석은 많은 소자에서 중요한 역할을 하기 때문에 이들 재료의 성능을 향상시키는 것이 매우 중요하며, 현재는 높은 자기특성을 갖는 영구자석을 얻을 수 있는 희토류 및 전이금속 기반 재료에 관심이 집중되고 있다.기술에 따라 자석은 서로 다른 자기적, 기계적 특성을 가지며 서로 다른 내식성을 나타냅니다.
NdFeB(Nd2Fe14B) 및 사마륨 코발트(Sm1Co5 및 Sm2Co17) 자석은 오늘날 사용할 수 있는 가장 진보된 상업용 영구 자석 재료입니다.희토류 자석의 각 등급에는 다양한 등급이 있습니다.NdFeB 자석은 1980년대 초반에 상용화되었습니다.오늘날 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.이 자석 재료의 가격(에너지 제품당)은 페라이트 자석의 가격과 비슷하며, 킬로그램당 기준으로 NdFeB 자석의 가격은 페라이트 자석의 약 10~20배 정도 비쌉니다.
영구 자석을 비교하는 데 사용되는 몇 가지 중요한 특성은 영구 자석 자기장의 강도를 측정하는 잔류성(Mr), 보자력(Hcj), 소자에 저항하는 재료의 능력, 에너지 곱(BHmax), 밀도 자기 에너지입니다. ;퀴리 온도(TC)는 물질이 자성을 잃는 온도입니다.네오디뮴 자석은 더 높은 잔류성, 더 높은 보자력 및 에너지 제품을 갖지만 일반적으로 퀴리 온도 유형이 더 낮습니다. 네오디뮴은 고온에서 자기 특성을 유지하기 위해 테르븀 및 디스프로슘과 함께 작동합니다.
영구자석 동기모터 설계
영구자석 동기 전동기(PMSM) 설계에서 영구자석 회전자의 구성은 고정자와 권선의 형상을 변경하지 않고 3상 유도 전동기의 고정자 프레임을 기반으로 합니다.사양 및 형상에는 모터 속도, 주파수, 극 수, 고정자 길이, 내부 및 외부 직경, 회전자 슬롯 수가 포함됩니다.PMSM의 설계에는 구리 손실, 역기전력, 철 손실, 자체 및 상호 인덕턴스, 자속, 고정자 저항 등이 포함됩니다.
자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스 계산:
인덕턴스 L은 자속 생성 전류 I에 대한 자속 결합의 비율(헨리(H) 단위)로 정의할 수 있으며 암페어당 웨버와 동일합니다.인덕터는 커패시터가 전기장에 에너지를 저장하는 것과 유사하게 자기장에 에너지를 저장하는 데 사용되는 장치입니다.인덕터는 일반적으로 페라이트 또는 강자성 코어 주위에 감긴 코일로 구성되며 인덕턴스 값은 도체의 물리적 구조 및 자속이 통과하는 재료의 투자율에만 관련됩니다.
인덕턴스를 찾는 단계는 다음과 같습니다.1. 도체에 전류 I가 있다고 가정합니다.2. Biot-Savart의 법칙 또는 Ampere의 루프 법칙(사용 가능한 경우)을 사용하여 B가 충분히 대칭인지 확인합니다.3. 모든 회로를 연결하는 총 자속을 계산합니다.4. 총 자속에 루프 수를 곱하여 쇄교자속을 구하고, 필요한 매개변수를 평가하여 영구자석 동기 전동기의 설계를 수행합니다.
연구 결과, AC 영구자석 회전자 소재로 NdFeB를 사용한 설계는 공극에서 발생하는 자속을 증가시켜 고정자의 내부 반경이 감소한 반면, 사마륨코발트 영구자석을 사용한 고정자의 내부 반경은 감소한 것으로 나타났다. 자석 회 전자 재료가 더 컸습니다.결과는 NdFeB의 유효 구리 손실이 8.124% 감소함을 보여줍니다.영구 자석 재료인 사마륨 코발트의 경우 자속은 정현파 변화가 됩니다.일반적으로 영구자석 동기 전동기의 설계 및 구성에서는 고성능 전동기를 얻기 위해서는 고정자와 회전자의 구조를 모두 고려해야 합니다.
결론적으로
영구자석 동기전동기(PMSM)는 고자성체를 자화용으로 사용하는 동기전동기로 고효율, 구조가 간단하고 제어가 용이한 특성을 갖고 있다.이 영구 자석 동기 모터는 견인, 자동차, 로봇 공학 및 항공 우주 기술에 적용됩니다.영구자석 동기 전동기의 전력 밀도는 자기장 생성에 사용되는 고정자 전력이 없기 때문에 동일한 정격의 유도 전동기보다 높습니다..
현재 PMSM 설계에는 더 높은 전력뿐만 아니라 더 낮은 질량과 더 낮은 관성 모멘트도 필요합니다.
게시 시간: 2022년 7월 1일