или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57
* - обязательные поля
СДПМ или синхронный двигатель с постоянными магнитами – подтип синхронных машин без обмоток возбуждения ротора, их роль выполняют постоянные магниты. Как и у всех синхронных электродвигателей, угловая скорость их ротора равна частоте вращающегося магнитного поля в зазоре между подвижной и неподвижной частью.
Электрические машины такого типа обладают всеми возможностями управления двигателей постоянного тока, а также достоинствами машин переменного тока.
СДПМ:
До недавнего времени широкое распространение СДПМ ограничивало отсутствие подходящих материалов для постоянных магнитов. Они должны обеспечивать создание плотного магнитного потока, обладать стойкостью к воздействию неблагоприятных факторов, к размагничиванию во всем диапазоне температур эксплуатации.
С появлением современных магнитных материалов стало возможно производство надежных СДПМ. Синхронные двигатели на постоянных магнитах широко применяют во всех отраслях, особенно в приводах автоматизированного и энергосберегающего оборудования. Рассмотрим конструкцию, способы управления, преимущества электродвигателей такого типа.
Электрические машины состоят из 2 основных узлов: вращающегося (ротора) и неподвижного (статора).
Ротор расположен внутри статора, исключение – обращенные электродвигатели, где вращающаяся часть расположена снаружи.
На рисунке выше показана конструкция в разрезе стандартного СДПM (справа) и обращенного двигателя (слева).
По типу ротора различают электрические машины с выступающими и неявно выраженными полюсами. На рисунке ниже показаны варианты конструкции вращающихся узлов с явно и неявно выраженными полюсами.
Разница в конструкции – в индуктивности ротора по продольной и поперечной оси. Роторы с явно выраженными полюсами имеют различную продольную и поперечную индуктивность, вращающаяся часть электрических машин с неявно выраженными полюсами – равную индуктивность.
Неявнополюсные двигатели обычно применяют в приводах высокооборотистого оборудования, а также механизмов, где необходимо точное и плавное поддержание скорости во всех предусмотренных диапазонах. Явнополюсные электродвигатели обычно имеют большое количество пар полюсов и применяются там, где необходим большой момент на валу.
Конструкция роторов СДПМ также различается по способу установки магнитов. Их устанавливают на поверхности или встраивают в ротор.
Неподвижная часть двигателя состоит из корпуса и сердечника из электротехнической стали с обмотками. Последние бывают распределенные (слева) и сосредоточенные (справа).
Обычно СДПМ с распределенной обмоткой – машины с синусоидальной обратной ЭДС, с сосредоточенной – с трапецеидальной. На форму кривой ЭДС также влияет конструкция ротора. Вращающаяся часть с явно выраженными полюсами наводит трапецеидальную ЭДС, для ее приближения к форме «синус» полюсные наконечники выполняют скошенными.
ринцип действия СДПМ не отличается от стандартных синхронных электрических машин. Вращение ротора осуществляется при сцеплении магнитного поля роторов с крутящимся магнитным полем, наводимым обмотками неподвижной части двигателя. Отличие – в поле вращающегося узла, оно создается не обмотками, на которые подается постоянный ток, а постоянными магнитами. При этом скольжение ротора отсутствует, его скорость равна частоте оборотов магнитного поля статора.
Запуск СДПМ не может осуществляться прямым подключением к электросети, для управления электрической машиной необходим частотный преобразователь или сервосистема. Рассмотрим базовые способы управления приводами на базе синхронных двигателей с постоянными магнитами.
Различают 2 базовых принципа управления электродвигателями такого типа: трапецеидальное (коммутацией обмоток) и синусоидальное (полеорентированное, прямое управление моментом).
Коммутация обмоток СДПМ – наиболее простой метод. За счет простоты схемы такой способ активно применяют в приводах, где не требуется особо точное управление. Различают два способа трапецеидального управления – с обратной связью и без нее. Последний метод практически не применяют в приводах с переменной нагрузкой из-за потери управления.
Регулирование момента и частоты с обратной связью реализовывается при помощи датчиков положения вала или путем вычисления угла поворота вала по уже имеющимся функциям. Такие схемы позволяют организовать достаточно точное управление, однако, обладают некоторыми недостатками:
Для более требовательных приводов используют полеориентированное управление. Способ позволяет плавно изменять скорость и момент на валу СДПМ. Полеориентированное управление также реализуется на базе индуктивных, оптических, магниторезистивных датчиков положения или вычислительного устройства. В последнем случае положение вала рассчитывается по величине обратной ЭДС.
Бездатчиковый способ подходит только для явнополюсных электрических машин.
Полеориентированное управление применяют в точных электроприводах, требовательных к динамическим параметрам, метод позволяет осуществлять регулирование скорости и момента в большом диапазоне. К недостаткам способа относят относительно высокую стоимость реализации.
Методы управления СДПМ выбирают, исходя из технических задач электропривода и экономической эффективности. Для оборудования с несложными алгоритмами работы обычно выбирают трапецеидальное управление с датчиками обратной связи. Приводы механизмов или устройств, работающих с переменной нагрузкой, высокими требованиями к точности, времени отработки управляющего сигнала, оснащают СДПМ с полеориентированным управлением.
Синхронные двигатели на постоянных магнитах обладают управляемостью электрических машин постоянного тока и простотой конструкции асинхронных электродвигателей. Замена традиционно применяемых в ответственных приводах ДПС на СДПМ позволяет:
Применение синхронных силовых агрегатов на постоянных магнитах уменьшает износ фондов производства, простои, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом. Преимущества СДПМ особенно заметны в приводах ответственного оборудования, работающего при динамических нагрузках или на низких скоростях. Электрические машины такого типа значительно повышают техническую и экономическую эффективность электроприводов.
При всех достоинствах, электродвигатели синхронного типа с постоянными магнитами имеют некоторые недостатки. Один из них – высокая стоимость материалов, которые применяют в производстве магнитов. Цена СДПМ существенно выше асинхронных двигателей и соизмерима с ценой электродвигателей постоянного тока.
Одно из главных направлений усовершенствования синхронных машин с постоянными магнитами – поиск более дешевых материалов для магнитов с подходящими параметрами. То есть, с высоким остаточным намагничиванием, стойкостью к коррозии и размагничиванию во всем интервале эксплуатационных температур.
Кроме того, усовершенствование осуществляется в следующих направлениях:
СДПМ – современные, энергоэффективные электрические машины. Основные области их применения: микроприводы, приводы средней мощности, однако, уже есть разработки электродвигателей на постоянных магнитах более 1 МВт.
СДПМ – перспективная замена коллекторных двигателей постоянного тока в приводах оборудования, работающего динамическом режиме, а также механизмов, требовательных к точности регулирования скорости, момента или положения вала. Синхронные двигатели на постоянных магнитах также в отдельных случаях предпочтительней асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.
