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如何选购磁阻电机

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如何选购磁阻电机

发布日期:2014-12-10 10:56 来源:http://nnhsgt.com 点击:

  如何选择合适的无刷电机 

  工程师有多种选择为他们最新的设计选择无刷电机时做出。做出错误的选择,可厄运设计平庸和失败在市场上。因此,为了确保工程师和设计团队选择适合他们的项目合适的无刷电机,这里有一个简洁的破败中的四种最流行的品种的优点和缺点:交流感应电机(IM),永磁电机(PM),磁阻同步电机(同步磁阻马达),和开关磁阻电动机(SRM)。


  交流感应电机


  交流感应电机(IMS)一直是行业的工作母机,并有很好的理由。他们结合合理的性能与简洁。它们也可以直接从交流电源,此功能在过去是重要的工作。


  今天,先进的功率电子器件和数字信号处理,使其相对廉价的,以改变IM的速度。和现代控制算法,让即时服务,其中曾经需要昂贵的有刷电机。由此产生的能源节约直接导致越来越重要的经济和环境效益。这就是为什么控制IM是很容易找到的多样化和成本要求严格的应用,例如电动车辆,洗衣机,以及在工业界的泵,风扇,鼓风机,以及材料处理的。


  即时消息通过其旋转定子磁场与感应转子导体的电流相互作用产生的转矩。但电流加热所述转子,降低了效率和轴承寿命。与铜的版本替换传统铝转子导体有所帮助,但这些是昂贵的,并且可以禁止直接在线启动。


  定子的电气时间常数长;所以要保证可接受的快速响应负载变化和速度,这是平常在恒定磁通上升到“基地”速运行电机。不幸的是,相关的磁化损失则本无论怎样努力电动机正在工作的,导致差的轻负载效率。自动减少在低转矩的定子磁通来解决,这是可能的,但只有当快速控制响应是没有必要的。


  当速度高于基本速度,定子磁场削弱,因为有限的电源电压,所以控制即时消息通常提供稳定的动力。效率迅速下降,但是,由于寄生电感引起转子电流滞后旋转磁场的后面,所以多个转子电流,需要对给定的转矩。因此控制即时被限制在约2恒功率速度范围(CPSR):1。


  适用于需要更宽CPSR,如机床和车辆的牵引力,可以通过减少绕组的圈数和在较低速度下丢弃多余的扭矩能力来满足。较高的定子电流,然后使更昂贵和低效率的逆变器。


  最后需要说明的事项:IM铭牌效率报价为纯正弦波操作。在现实世界中,逆变器提供的脉冲,只有近似正弦电流。设计团队应该注意,整个系统(电动机和逆变器)的效率将小于数字单独引述的电动机和逆变器的产物。高载波频率有所帮助,但涨幅在机动性能应该以更高的逆变器的成本损失。一种解决方案 - 把变频器和电机之间的过滤器 - 价格昂贵,引入了额外的功率损耗。加的过滤器是比较大的。


  另一个缺点是交流感应电机是其定子绕组分布在多个插槽中的定子铁心。这意味着长端匝的浪费空间和能源。作为一个兴趣点,需要对逆变器的所有不够格,但即时被卖为IE4或IE 4类。目前的欧洲标准(IEC60034)明确排除任何需要的电子控制电机。


  永磁电机



  永磁电机 

  永磁电机(PMMS)产生通过定子电流与上或在转子内的永磁体之间的相互作用的扭矩。表面转子磁体是常见的小型,低功率电机的IT设备,事务机器及汽车辅助。内部磁铁(IPM)是在较大的机器共同如电动汽车和工业电动机。


  在PMMS,定子可使用浓(短音调)绕组,如果转矩脉动是不是一个问题,而是分布绕组较大PMMS的常态。


  因为PMMS没有机械换向器,逆变器是必不可少的,以控制线圈电流。


  与其他类型的无刷电机,PMMS不需要电流来支持他们的磁场。因此,PMMS提供每单位体积的大部分扭矩和可能是最好的选择,如果小尺寸或重量轻是很重要的。无励磁电流也意味着在“最佳点”负载更高的效率 - 即当电机性能最佳。


  àPMM最明显的优势就是成本高。高性能PMMS使用从过渡金属,例如钕和镝制成的磁体。这些材料是稀缺的,来自地缘政治不稳定的国家,导致价格高位震荡。


  此外,尽管永磁体带来的性能优势,在较低的速度,他们也未尝技术的“阿喀琉斯之踵”。例如,作为PMM的速度增加,其反电动势接近逆变器供电电压,使得它不再能够控制绕组电流。这定义了一个通用的PMM并在表面磁铁设计的基本速度通常表示可能的最大速度为一个给定的电源电压。


  在车速大于基体速度,IPM的使用活性弱磁场中的定子电流被操纵以故意压低磁铁的磁通。的速度范围而这可以可靠地实现限制为约4:1。和以前一样,这种限制可以是侧台阶通过减少绕组的匝数,并接受更多的成本和功率损失的逆变器。


  需要弱磁是速度相关和相关损失的产生,无论扭矩。这降低了效率,在高速行驶时,特别是在轻负载。这是严重的电动车在那里游弋在高速公路上的速度不可避免地涉及磁场减弱。 PMMS往往对电动汽车的青睐,但是当计算过实际驾驶循环效率的好处是值得商榷的。在一个有趣的旁注,至少有一个突出的电动汽车制造商已经从项目经理切换到异步电动机。


  PMMS的其他缺点包括一个事实,即他们是非常困难的故障条件下的管理由于其固有的反电动势。电流继续流过绕组故障,只要马达旋转,即使在逆变器断开,使齿槽效应转矩和过热,并都可能会有危险。弱磁场中的高速行驶时,例如,由于逆变器关机,损失会导致不受控制的产生与逆变器直流母线电压可能升高到危险的程度。


  工作温度为除配备钐钴磁铁都PMMS另一个显著限制。高电机电流,这可能是由于变频器的故障,可能会导致消磁。


  最大速度为PMMS是通过机械磁铁固定限制。如果PMM损坏,通常修复它需要将其返回到因为难度的工厂安全提取和处理的转子。最后,在循环结束的寿命也比较麻烦,虽然稀土材料在目前的高值可能使这种更加经济可行。


  尽管有这些缺点,PMMS保持无与伦比的低转速和最佳点的效率而言,他们是有用的,当尺寸和重量是至关重要的。


  同步磁阻电动机


  现代的同步磁阻电机(SynRMs)总是逆变器供电,并使用同类型的分布缠绕定子作为IM的。的转子,但是,层叠钢冲压槽,这样他们可以很容易地被磁化的一个轴,少所以在其他。这些转子上的倾向,以便与转动定子磁场产生转矩。就像一个下午,SynRMs是自同步的,这意味着逆变器同步通电的定子与转子角度和速度。


  SynRMs的主要好处是它们可以忽略不计转子损耗比较到IMS。所以通过仔细设计和控制,SynRMs将能够满足在即将举行的欧洲IE4和NEMA超一流标准电动机效率准则而避免需要磁体。在同步磁阻马达减少热量提高了相对于IM的扭矩和功率密度,并让他们成为通常对于一个给定的评价一帧的大小。这些电机也安静,这要归功于其低转矩脉动和振动水平。


  SynRMs有点讨论的缺点是其低功率因数相比,即时消息,让显著更多的逆变器电流是需要一个给定的机械功率电平。这增加了成本和逆变器的功率损耗,使同步磁阻马达虽然电机的效率只有可能是不错的,在系统级优势的好处是那么令人信服。目前标准的讨论电机只有效率,设计人员应认真探讨可能的整体系统性能。


  需要复杂的转子叠片,其冲裁磁通壁垒,使同步磁阻马达的转子难以制造,有些脆弱的,因此不适合于高速运算。


  同步磁阻电机非常适合于大范围的工业应用中不要求大的过载和高的速度,并且也越来越供由于其效率变速泵。


  开关磁阻电机



  开关磁阻电机 

  开关磁阻电动机(SRM的)吸引磁凸极转子定子磁场产生的转矩。开关磁阻电机定子,然而,有相对较少的两极。所述转子还具有磁性凸起简单得多,由于齿形轮廓,而不是在SynRMs内部磁通壁垒。在定子和转子的极数的差异导致游标效应,和SRM转子通常旋转的方向相反,并以不同的速度,向定子磁场。不像SynRMs,SRM的通常使用脉冲直流励磁和需要特殊的逆变器来运行它们。


  一些当前的需要,以支持在SRM的磁场,从而导致较低的扭矩密度和最佳点的效率比的PM。然而,像SynRMs,在SRM通常是一帧的尺寸比同类的IM较小。


  SRM的一个主要优点是磁场削弱自然发生时激励减小,而不降低效率。这使得宽CPSR(大于10:1),可以毫无困难。效率保持良好的升高速度和轻负载时,与SRM的可以在广泛的操作条件下提供显着恒定的效率。


  SRM的也主要是容错。没有磁铁,没有不受控制的扭矩,下绕组故障状态的电流,也不受控制发生在高速度。此外,因为在SRM相是电独立的,电机可以,如果需要的话,操作在降低的输出,但具有增加的转矩脉动,当一个或多个相不起作用。如果设计人员希望容错和冗余,这很有用。


  SRM的简单结构使其耐用,制造成本低。不需要任何昂贵的材料和普通钢转子是非常适合于高速和恶劣环境。和短投定子线圈绕组减少短路的危险。此外,端匝可以很短,所以SRM的结构紧凑,并避免不必要的定子损耗。


  SRM的功率因数比PM或感应电动机的低,但逆变器不需要合成的正弦波的高效运转。逆变器的开关频率,以及相关的开关损耗,因此是低的。


  SRM的主要缺点是声学噪音和振动。这些可以通过精心的机械设计,电子控制,以及如何在电机被设计成应用程序来控制。



  比较该表仅仅是一个起点工程师寻找合适的无电刷DC电机。实际的选择应该总是依赖于应用程序,和工程师应该知道,制造商的评级可能会有所不同,从一个供应商到另一个。表面转子磁体(的SPM)及室内磁铁电机(IPM的)都是品种永磁电机(PMMS)的。 * AC,SPM和IPM马达在高速(磁场弱化)表现不佳范围** IM的失速能力差,除非电动机由逆变器馈送


  SRM的是非常适合于广泛的应用,并正在越来越多地用于重型的材料处理,由于其较大的分离和过载扭矩。 SRM的“高过载能力和宽恒功率调速能力,也使他们有吸引力的车辆牵引力,不仅在越野装备,还汽车,他们还没有做出成绩。这也许是由于过度声学噪声或转矩脉动的担忧 - 但它是值得深思的内燃机尽管是两者的巨大源成功。


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