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如何選購磁阻電機

如何選購磁阻電機

發布日期:2014-12-10 10:56 來源: 點擊:

  如何選擇合適的無刷電機 

  工程師有多種選擇爲他們最新的設計選擇無刷電機時做出。做出錯誤的選擇,可厄運設計平庸和失敗在市場上。因此,爲了確保工程師和設計團隊選擇適合他們的項目合適的無刷電機,這裏有一個簡潔的破敗中的四種最流行的品種的優點和缺點:交流感應電機(IM),永磁電機(PM),磁阻同步電機(同步磁阻馬達),和開關磁阻電動機(SRM)。


  交流感應電機


  交流感應電機(IMS)一直是男人的天堂的工作母机,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,先進的功率電子器件和數字信號處理,使其相對廉價的,以改變IM的速度。和現代控制算法,讓即時服務,其中曾經需要昂貴的有刷電機。由此産生的能源節約直接導致越來越重要的經濟和環境效益。這就是爲什麽控制IM是很容易找到的多樣化和成本要求嚴格的應用,例如電動車輛,洗衣機,以及在工業界的泵,風扇,鼓風機,以及材料處理的。


  即時消息通過其旋轉定子磁場與感應轉子導體的電流相互作用産生的轉矩。但電流加熱所述轉子,降低了效率和軸承壽命。與銅的版本替換傳統鋁轉子導體有所幫助,但這些是昂貴的,並且可以禁止直接在線啓動。


  定子的電氣時間常數長;所以要保證可接受的快速響應負載變化和速度,這是平常在恒定磁通上升到“基地”速運行電機。不幸的是,相關的磁化損失則本無論怎樣努力電動機正在工作的,導致差的輕負載效率。自動減少在低轉矩的定子磁通來解決,這是可能的,但只有當快速控制響應是沒有必要的。


  當速度高于基本速度,定子磁場削弱,因爲有限的電源電壓,所以控制即時消息通常提供穩定的動力。效率迅速下降,但是,由于寄生電感引起轉子電流滯後旋轉磁場的後面,所以多個轉子電流,需要對給定的轉矩。因此控制即時被限制在約2恒功率速度範圍(CPSR):1。


  適用于需要更寬CPSR,如機床和車輛的牽引力,可以通過減少繞組的圈數和在較低速度下丟棄多余的扭矩能力來滿足。較高的定子電流,然後使更昂貴和低效率的逆變器。


  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。


  永磁電機



  永磁電機 

  永磁電機(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,定子可使用濃(短音調)繞組,如果轉矩脈動是不是一個問題,而是分布繞組較大PMMS的常態。


  因爲PMMS沒有機械換向器,逆變器是必不可少的,以控制線圈電流。


  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最明顯的優勢就是成本高。高性能PMMS使用從過渡金屬,例如钕和镝制成的磁體。這些材料是稀缺的,來自地緣政治不穩定的國家,導致價格高位震蕩。


  此外,盡管永磁體帶來的性能優勢,在較低的速度,他們也未嘗技術的“阿喀琉斯之踵”。例如,作爲PMM的速度增加,其反電動勢接近逆變器供電電壓,使得它不再能夠控制繞組電流。這定義了一個通用的PMM並在表面磁鐵設計的基本速度通常表示可能的最大速度爲一個給定的電源電壓。


  在車速大于基體速度,IPM的使用活性弱磁場中的定子電流被操縱以故意壓低磁鐵的磁通。的速度範圍而這可以可靠地實現限制爲約4:1。和以前一樣,這種限制可以是側台階通過減少繞組的匝數,並接受更多的成本和功率損失的逆變器。


  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的其他缺點包括一個事實,即他們是非常困難的故障條件下的管理由于其固有的反電動勢。電流繼續流過繞組故障,只要馬達旋轉,即使在逆變器斷開,使齒槽效應轉矩和過熱,並都可能會有危險。弱磁場中的高速行駛時,例如,由于逆變器關機,損失會導致不受控制的産生與逆變器直流母線電壓可能升高到危險的程度。


  工作溫度爲除配備钐钴磁鐵都PMMS另一個顯著限制。高電機電流,這可能是由于變頻器的故障,可能會導致消磁。


  最大速度爲PMMS是通過機械磁鐵固定限制。如果PMM損壞,通常修複它需要將其返回到因爲難度的工廠安全提取和處理的轉子。最後,在循環結束的壽命也比較麻煩,雖然稀土材料在目前的高值可能使這種更加經濟可行。


  盡管有這些缺點,PMMS保持無與倫比的低轉速和最佳點的效率而言,他們是有用的,當尺寸和重量是至關重要的。


  同步磁阻電動機


  現代的同步磁阻電機(SynRMs)總是逆變器供電,並使用同類型的分布纏繞定子作爲IM的。的轉子,但是,層疊鋼沖壓槽,這樣他們可以很容易地被磁化的一個軸,少所以在其他。這些轉子上的傾向,以便與轉動定子磁場産生轉矩。就像一個下午,SynRMs是自同步的,這意味著逆變器同步通電的定子與轉子角度和速度。


  SynRMs的主要好處是它們可以忽略不計轉子損耗比較到IMS。所以通過仔細設計和控制,SynRMs將能夠滿足在即將舉行的歐洲IE4和NEMA超一流標准電動機效率准則而避免需要磁體。在同步磁阻馬達減少熱量提高了相對于IM的扭矩和功率密度,並讓他們成爲通常對于一個給定的評價一幀的大小。這些電機也安靜,這要歸功于其低轉矩脈動和振動水平。


  SynRMs有點討論的缺點是其低功率因數相比,即時消息,讓顯著更多的逆變器電流是需要一個給定的機械功率電平。這增加了成本和逆變器的功率損耗,使同步磁阻馬達雖然電機的效率只有可能是不錯的,在系統級優勢的好處是那麽令人信服。目前標准的討論電機只有效率,設計人員應認真探討可能的整體系統性能。


  需要複雜的轉子疊片,其沖裁磁通壁壘,使同步磁阻馬達的轉子難以制造,有些脆弱的,因此不適合于高速運算。


  同步磁阻電機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。


  开关磁阻電機



  开关磁阻電機 

  開關磁阻電動機(SRM的)吸引磁凸极转子定子磁场产生的转矩。开关磁阻電機定子,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。


  一些當前的需要,以支持在SRM的磁場,從而導致較低的扭矩密度和最佳點的效率比的PM。然而,像SynRMs,在SRM通常是一幀的尺寸比同類的IM較小。


  SRM的一個主要優點是磁場削弱自然發生時激勵減小,而不降低效率。這使得寬CPSR(大于10:1),可以毫無困難。效率保持良好的升高速度和輕負載時,與SRM的可以在廣泛的操作條件下提供顯著恒定的效率。


  SRM的也主要是容錯。沒有磁鐵,沒有不受控制的扭矩,下繞組故障狀態的電流,也不受控制發生在高速度。此外,因爲在SRM相是電獨立的,電機可以,如果需要的話,操作在降低的輸出,但具有增加的轉矩脈動,當一個或多個相不起作用。如果設計人員希望容錯和冗余,這很有用。


  SRM的簡單結構使其耐用,制造成本低。不需要任何昂貴的材料和普通鋼轉子是非常適合于高速和惡劣環境。和短投定子線圈繞組減少短路的危險。此外,端匝可以很短,所以SRM的結構緊湊,並避免不必要的定子損耗。


  SRM的功率因數比PM或感應電動機的低,但逆變器不需要合成的正弦波的高效運轉。逆變器的開關頻率,以及相關的開關損耗,因此是低的。


  SRM的主要缺點是聲學噪音和振動。這些可以通過精心的機械設計,電子控制,以及如何在電機被設計成應用程序來控制。



  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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