بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
تئوری جامع ماشین های الکتریکی
(PMSM) Permanent Magnent Synchrones
Machines
ماشینهای سنکرون با آهنربای دائم PMSM
اسلاید 3 :
چکیده:
امروزه در صنعت، ماشينهاي متفاوت و با سرعتهاي مختلف، مورد استفاده قرار مي گيرند، كه موارد قابل ذكر عبارتند از: ماشين برش فلزات، جرثقيل الكتريكي، ماشين هاي مربوط به حمل و نقل الكتريكي و انواع مختلف وسايل چاپ، معدن و صنايع ديگر. موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم PMSMنيز از اين موضوع مستثنا نيستند.
موتورهاي سنكرون مغناطيس دائمPMSM در سرعتهاي مختلف، كاربرد وسيعي در صنعت از جمله در آسانسورها، بالابرهاي كوچك، پمپها، كمپرسورها، رباتها، تجهيزات پزشكي و كنترل سرعت و موقعيت حركت رادارها دارند. موتور سنكرون مغناطيس دائمPMSM به خاطر مزايايي مانند كوچك بودن، وزن كم، گشتاور بالا، و راندمان زياد مورد توجه خاصي در مراكز پژوهشي و تحقيقاتي قرار گرفته است.
بخاطر اين كه اين نوع موتورها نسبت به موتورهاي القائي مشابه خود با حداقل تأثير پذيري از هارمونيك هاي مزاحم، افت ولتاژ و پديدهي كليد زني در شبكه هاي قدرت كه خواسته يا ناخواسته رخ ميدهد، بر خوردار ميباشد، و اين ويژگي ها مي تواند در هنگام كار با موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم PMSM يك مزيت نسبي محسوب شود.قصد داریم در این اراثه به ساختمان،ساختار و ویژگی های ماشینهایPMSM بپردازیم.[1]
اسلاید 4 :
تاریخچه ماشینهای SMPM , BLDC:
ایده اولیه موتور BLDC در سال 962 1 بدین صورت مطرح گشت که براي کموتاسیون موتورDC از مدارات کلیدزنی استفاده شد . به دلیل پاسخ مناسب گشتاور و کنترل ساده و مطمئن، این ایده در ضبط صوتها، رباتیک، سیستمهاي تعیین موقعیت و سیستمهاي فضایی به کار گرفته شد. ولی این موتورها به دلیل اینکه قادر به راه اندازي در توانهاي بیشتر از 5hp نبودند جایگاه صنعتی پیدا نکردند. با پیشرفت مواد مغناطیس دائم و گسترش کاربرد آنها در موتورها، در اواسط دههي 80 میلادي موتورهاي مغناطیس دائم به منظور کاربردهاي صنعتی طراحی شد. از سال 992 1 خط تولید موتورهاي BLDC توانهاي پایین و بالا (hp 0/5 تا hp 300 راه اندازی شد.
در اوایل دهه 60 و زمان برنامه فضایی آپولو(پروژه فضایی آپولو یکی از پروژههای فضایی ناسا در زمان مسابقه فضایی میان شوروی و آمریکا بود که کوشش میکرد تا اولین انسان را بر روی سطح کره ماه فرود بیاورد.) توسعه سریع موتور brushless با کموتاسیون الکترونیکی و با استفاده از تغییر و کپی برداری از آن توسط Sperry FARRAGUT انجام گرفت و توسط Kearfott به آن سرعت داده شد.[2]
اسلاید 5 :
تاریخچه
در 20 سال بعد از آن بسیاری از شرکت ها جهت توسعه محصولات بدون جاروبک با تغییر دادن در آهن ربا و مدارات الکترونیکیش، آن را بهبود دادند.
در سال 1980 موتور brushless DC ها در محصولات جانبی کامپیوتر در حال ظهور مانند پرینتر، درایوهای نوار، دیسک فلاپی، هارد دیسک و بعد از درایوهای CD-DVD مورد توجه زیادی قرار گرفت.
در اواسط دهه ؛90 آنها را موتورهای سنکرونPM-AC نامیده می شدند. این موتور از پسرعموهای ماشینهای بدون جاروبک DC بودند با تفاوت نه خیلی زیاد، تنها آنها با جریان سینوسی و بسیار شبیه به موتورهای القایی AC طراحی شده اند.
در سال 2000 و فراتر از آن بسیاری از موتورهای PMبا تغییرات از جمله شار محوری، و تغییرات شیار در روتور هایشان پدید آمدند ، موتورهای IPMS و همچنین SPM با پیکربندی متنوع روتور تقریبا برای هر نوع کاربردی محیا گردید.[2]
اسلاید 6 :
موتور با روتور آهنربای دائم:
نوع اصلی این موتور PM بدون جاروبک(PM Brushless ) نام دارد. (BLDC)
که در سمت بیرونی یا خارجی آن بهبود یافته (PMDC) و به نام موتور کموتاسیون بیان می شود.
PMDC یا موتر DC مغناطیس دائم، موتوري است که استاتور آن از مواد مغناطيس دائم ساخته شده است.
موتور الکترونیکی کموتیسیونی با تعویض ولتاژ DC در هر فاز کار میکند.
شکل منحنی مدار باز تماس میدان الکترومغناطیسی (EMF) بین موج مربعی و موج سینوس طراحی می شود.
تنها موتور نوع SPM هستند که از مدارات سویچینگ فاز DC (DC phase switching) بهره می برند.
موتورهای BLDC یا همان موتورهای DCبدون جاروبک را زمانی (PMSM) می نامند که منحنی هیسترزیس آن با تغییر دادن ld & lq شبیه به یک موتور القائی IM) ) حاصل آید.
هر دو ماشین شبیه به همند و تنها درایور آنها با هم متفاوت می باشد.
نیروي ضد محرکه القایی(back-EMF) یا مقدار اصلی آن یکسان می باشد.
ورژن های ماشین های IPM بیشتر با کنترل ld & lq کنترل می شوند.
اسلاید 7 :
مقدمه:
موتورهای 50 سال اخیر غالباً از این نوع بودهاند:
کنترل الکترونیکی برای تغییر سرعت یا سروو موتور ((servo
با توجه به خواص سروو موتورها (سیستم فیدبک و دقت بالا) از آنها در صنایع رباتیک، موتورهای کنترلکننده هواپیما، کنترل موقعیت سطوح و. استفاده میشود.
موتور پله (در حقیقت یک موتور پلهای ، پالس الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل میکند)، VR, PM & Hybrid
PM (موتورهای مغناطیس دائم) بدون جاروبک، PM-AC سنکرون یا PMSM
AC القایی V/Hz، کنترل بردار شار ACM
تغییر رلوکتانسی SRM
با رلوکتانس سنکرون RSM
شار شعاعی، شار محوری و یا نسخههای از شار عرضی
اسلاید 8 :
چارت زیر انواع ماشینهای که با درایورDC-AC کنترل میشود را نشان می دهد.
اسلاید 9 :
ویژگی های مشابه انواع موتور (IM) و (RSM) و (PMSM)
بلحاظ طراحی هسته استاتور و سیم پیچش شبیه به هم می باشد
زیر ساخت و شالوده تولید استاتورشون شبیه همدیگر است.
در استاتور همه از یک متریال مغناطس فعال استفاده شده است.
تپولوژی اینورتر تامین توان همگی بر مبنای کنترل ld & lq می باشد.
نکته: هر یک از سه نوع ماشین نیاز به یک طراحی ویژه در روتور به لحاظ پیکربندی دارند.
سه نوع روتور که در یک استاتور شبیه به هم از آنها استفاده می شود
اسلاید 10 :
PM بدون جاروبک و با خصیصه PMAC
گشتاور محور از به هم پیوستگی شار روتور آهنربای دائم با هادی های سیم پیچ هر فاز استاتور تولید می شود.
سرعت دور در دقیقه روتور در هنگام سنکرون هماهنگ با F استاتور با لغزش در حد صفر (zero slip) می باشد.
موقعیت زاویه ای قطب های روتور با سنجش مدارات اینکودر فیدبک نصب شده بر روی شفت و یا از محاسبه (Lq & Ld) تعیین می شود.
نکته : Lq & Ld تقریبا برای ماشین SPM, PMAC برابر هستند.
روتورهای 8 قطب و یا بیشتر، چگالی گشتاور بسیار بالایی را دارند.
قطب استاتور که توسط سیم پیچ فاز تولید شده می تواند بیشتر یا کمتر ازقطب روتور ماشین PM باشد. روتور و استاتور ( IM & RSM) ها باید دارای قطب برابر باشند.
اسلاید 11 :
آرایشهای PM-DC & PM-AC سنکرون در حالت های موتوری و ژنراتوری
آرایش شار محوری. Axial Flux Configuration))
R+S+R, S+R+S, R+S
آرایش شارعرضی(Transverse Flux Topologies )
بصورت تکی و یا شکاف دوتایی
آرایش محور شعایی (Radial Flux Configurations )
در داخل و یا خارج روتور
سطح آهنرباها روی روتور
IPM (آهنربای دائمی داخلی (internal permanent magnets)
ساختار و عملکرد
اسلاید 12 :
آرایش محور شعایی IPM , SPM
اسلاید 13 :
مقایسه موتور SPM با ACالقایی
انواع روتورهای SPM
به لحاظ ساختاری
اسلاید 14 :
انواع روتورهای IPM به لحاظ ساختاری
اسلاید 15 :
مقایسه ماشین SPM با IPM
روتور SPM: آهنرباهای دائم روی سطح روتور نصب شده اند.
حداکثر چگالی گشتاور (torque density ) ممکن ماشین (ضریب نفوذپذیری 10 یا بیشتر)
حداکثر نسبت گشتاور /اینرسی ممکن. (مهم برای سروو موتورها)
ساختار ساده اما نیاز به آهن ربا قوس شکل یا قرص نان شکل.
بالاترین گشتاور خطی به دلیل راکتانس نشتی کم از SPM ها.
نیاز به جرم آهنربا بیشتر برای مقاومت در برابر مغناطیس زدایی(de-mag. fields ).
محدودیت در توان ماندگار(constant power)به دلیل مشکلات کاهش میدان (field weakening)
جهت حفظ و نگهداشتن مغناطیس ها ،نگهدارنده های زیادی نیاز می باشد.
IPM روتور: آهنرباهای دائمی داخل روتور نصب شده اند .
با اضافه شدن مولفه گشتاور مقاومت رلوکتانسی، جرم آهنربا کاهش یافته است.
قابلیت ضریب توان ثابت 8 تا 10 به 1
حفظ نگهداشتن مگنتها با توجه به لایه لایه سازی داخل روتور بصورت خود به خود صورت می گیرد . و خود این شبکه برخی از شار نشتی را حفظ می کند.
ساخت روتور تا حدودی پیچیده تر است اما به راحتی می توانید ابزارکاری شود.
قطب آهن رباها بدلیل داخلی بودن و محافظت با یک روکش از فولاد نرم ،نازکترند.
کنترل آن پیچیده تر اما افزایشی کارایی آنرا توجیه می کند.
اسلاید 16 :
استاتور مورد نياز برای ماشينهای روتورPM :
هسته استاتور بهمراه سیم پیچهای فازی یک ماشین القایی AC استاندارد را می توان برای ماشینهای PMSM یا PM بدون جاروبک استفاده کرد.
کارایی و یا مسائل مربوط به هزینه اغلب حکم می کند هسته استاتور و سیم پیچ ها دارای ویژگی های خاص زیر باشند:
شیارهای فاز استاتور را با حداکثر بهره وری پر شود.
شرط کاهش تلفات امپدانسی در فرکانس بالا لحاظ گردد.
الگو سیم پیچ ها خاص است و اتصالات فاز های مختلف
ورقه ورقه سازی مخصوص و طراحی هسته
شکل بیرون روتور و آرایش شار محوری از الزامات مورد نیاز در طرح های ماشینهای PM هستند و در استاتور نوع ماشین های القایی AC مشترک نمی باشد
استاتور موتورهای SPSM
اسلاید 17 :
تعداد قطب در مقابل با چگالی گشتاور
افزایش تعداد قطب موجب افزایش تراکم گشتاور می شود.
با کاهش ضخامت استاتور، می توان از آن برای روتور بزرگتر و یا کوچکتر استفاده شود.
اسلاید 18 :
نمونه طرح های شیار پر شده با سیم پیچ فاز
اسلاید 19 :
مقدمه برای PMAC یا PMSM
موتور نوع PMDC و PMAC یکسان هستند.
PMAC، PMSM (موتور سنکرون آهنربای دائم ):
سطح آهنرباهای دائمی روتور SPM در آرایش داخلی می باشد IPM
back emf (نیروی ضد محرکه مغناطیسی) سینوسی است با کمترین هارمونیک مورد نظر را دارد.
- پیکربندی سطح آهنربا می تواند قوسی شکل ویا قرص نان شکل باشد.
- قسمت داخلی آهنرباها معمولا بلوک ساده مستطیل شکل می باشد
درایور با کنترل180 درجه جریان هیسترزیس،. کموتاسیون کلاس E
از 100 ٪ مس استاتور برای تولید گشتاور و قدرت استفاده می شود.
نیاز به قطب شفت و یا فیدبک مثبت، یا بدون سنسور(sensorless)
- میدان کنترل گرا جریان ld & lq
درایور پل 6 ترانزیستوری روی همه سه فاز باعث تولید گشتاور شافت موتور می شوند
نیاز به سنجنده (censored ) و یا اندازه گر Ld & Lq کموتاسیون می باشد
- طرح استاتور به طور معمول برای تسهیل شکل سینوسی back EMF طراحی می شوند.
یک یا چند شیار( و حلقه) در هر قطب برای هر فاز
اسلاید 20 :
مزایا و معایب ماشینهای PMSM
در موتورهاي سنكرون، به جاي استفاده از سيم پيچي تحريك DC مي توان از آهنرباي دائم در روتور استفاده نمود.
مزايا:
حذف تلفات اهمي بخش تحريك موتور و در نتيجه افزايش راندمان
ساختار ساده تر،استحکام بیشتر و نياز به نگهداري كمتر
وزن و حجم کمتر و نسبت به توان (گشتاور) به وزن(حجم) بیشتر در مقایسه با ماشینهای AC دیگر
معایب:
هزينه بالاي مغناطيس دائم (در صورت استفاده از مواد مغناطيس دائم با كيفيت نظير ساماريوم –كبالت ها و عناصر خاك نادر
تغيير مشخصات مغناطيسي آهنرباي دائم به مرور زمان
