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永久磁石同期およびブラシレスDCモータードライブ

永久磁石同期およびブラシレスDCモータードライブ

永久磁石DC同期モーターは、教科書で学習したブラシモーターの構造とは異なります。 コイル巻線をステーターとして、永久磁石をローターとして使用します。 永久磁石は、主にネオジム鉄ホウ素磁性材料で作られており、希土類を含むため、コストが非常に高くなります。 幸いなことに、中国スタイルは世界でレアアースの含有量が非常に多い国であるため、電気自動車を積極的に開発しても国家の安全を脅かすことはありません。 钕磁気は、オーディオを再生する多くの友人に馴染みがあるかもしれません。 スピーカーがネオジムで作られている場合、その磁気特性は非常に高くなります。つまり、小さな音量で大きな音を出すことができ、高い電力が必要になります。 押すことができる低音は衝撃的です。 したがって、ネオジム磁石をモーターの永久磁石として使用すると、モーターの出力密度も大幅に増加し、体積と重量が減少します。

永久磁石DC同期モーターのステーターは、3相巻線で構成されています。 したがって、ローターは通電されず、電流はステーターによってオンになります。 モーターを回転させるには、回転磁場が必要です。 回転子はすでに永久磁石であり、その磁気レベルは固定されているため、回転磁界は固定子巻線によってのみ生成できます。

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永久磁石DC同期モーターの性能上の利点

車両のバッテリーパックは高電圧のDC電力を出力するため、永久磁石DC同期モーターは、AC非同期モーターと比較して、DC電力を正弦波AC電力に変換するための高出力インバーターを必要としません。 結局のところ、この変換プロセスは、ある程度の電気エネルギー損失を引き起こします。 したがって、この点で、永久磁石DC同期モーターはバッテリーの使用効率を向上させます。

ローターは永久磁石構造を採用しているため、ローター自体に磁場があり、AC非同期モーターのように追加の誘導電流によって磁場を生成する必要はありません。 つまり、ローターは磁気を生成するために電気を必要としないため、エネルギー消費はAC非同期モーターのエネルギー消費よりも低くなります。

希土類を高磁性材料として使用した後、ローターの重量が減り、モーターの出力密度が向上します。 したがって、同じ電力状況では、永久磁石DC同期モーターは重量が軽く、サイズが小さくなり、ローターの応答速度は速くなります。

永久磁石同期モーターは、モーターを車軸に一体的に取り付けて、一体型直接駆動システムを形成できます。つまり、1つの車軸が駆動ユニットであり、1つのギアボックスが不要です。 永久磁石同期モーターの特性は、主に次のとおりです。
(1)PMSM自体には、高い電力効率と高い力率があります。
(2)PMSMは発熱が少ないため、モーター冷却システムはシンプルな構造で、体積が小さく、低ノイズです。
(3)このシステムは完全に密閉された構造を採用しており、変速機の摩耗、変速機の騒音、潤滑、メンテナンスはありません。
(4)PMSMで許容される過負荷電流は大きく、信頼性は大幅に向上しています。
(5)トランスミッションシステム全体の重量が軽く、ばね下重量が従来の車軸トランスミッションの重量よりも軽く、単位重量あたりの出力が大きい。
(6)ギアボックスがないため、台車システムは自由に設計できます。ソフト台車や1軸台車など、列車の動的性能は大幅に向上します。

発電機の励磁電流を変更する場合、回路内の電流が大きく、直接調整を行うのが都合が悪いため、一般にローター回路で直接実行されません。 一般的に使用される方法は、発電機の調整を達成するために、励磁機の励磁電流を変更することです。 ローター電流の目的。 一般的な方法には、励磁機の励磁回路の抵抗値の変更、励磁機の追加の励磁電流の変更、サイリスタの導通角の変更などがあります。

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DCブラシレスモーターと永久磁石同期モーターの関係は何ですか?
ブラシレスDCモーターでは、ローターの極は通常、タイル型の磁気鋼で作られています。 磁気回路設計により、台形波のエアギャップ磁気密度を取得できます。 固定子巻線はほとんどが集中して統合されているため、誘導された逆起電力は台形です。 ブラシレスDCモーターの制御には、位置情報のフィードバックが必要です。 自己制御の速度制御システムを形成するには、位置センサーまたは位置センサーレス推定技術が必要です。 制御時には、相電流も可能な限り方形波として制御され、インバーター出力電圧はブラシ付きDCモーターPWM方式に従って制御できます。 本質的に、ブラシレスDCモーターも一種の永久磁石同期モーターであり、速度調整は実際には可変電圧可変周波数速度調整のカテゴリーに属します。

一般的に、永久磁石同期モーターは、固定子の三相分布巻き線と永久磁石回転子を持ち、誘導起電力波形は磁気回路構造と巻き線分布で正弦波であり、固定子の電圧と電流も印加される必要があります一般にAC電圧変換に依存する正弦波。 インバーターが提供します。 永久磁石同期モーター制御システムは、しばしば自己制御タイプを採用し、位置フィードバック情報も必要とします。 ベクトル制御(フィールド方向制御)または直接トルク制御の高度な制御戦略を採用できます。


2つの違いは、方形波と正弦波の制御によって引き起こされる設計コンセプトと考えることができます。

DCブラシレスモーターの原理は、カーボンブラシ付きDCモーターの原理と同じです。 DCは、方形波を異なる方向の2つの直流の組み合わせと見なすことができます(重畳せず)、1つは正、1つは負、この方法のみです。電流はモーターアーマチュアを回転させ続けます。 実際、ブラシ付きDCモーターの電機子の電流がこの電流と同じ場合

関連する特性
1、電圧調整
励起システムの自動調整は、電圧を調整量とする負帰還制御システムと見なすことができます。 無効負荷電流は、発電機の端子での電圧降下の主な原因です。 励起電流が一定の場合、無効電流が増加すると発電機の端子電圧が低下します。 ただし、ユーザーの電力品質の要件を満たすために、発電機の端子電圧は基本的に同じままである必要があります。 この要件を達成する方法は、無効電流の変化で発電機の励起電流を調整することです。
2。 無効電力の調整:
発電機とシステムが並行して動作する場合、無限大容量電源のバスバーで動作すると見なすことができます。 発電機の励磁電流を変更する必要があり、誘導電位と固定子電流も変化します。 このとき、発電機の無効電流も変化します。 発電機を無限容量システムと並行して運転する場合、発電機の無効電力を変更するには、発電機の励磁電流を調整する必要があります。 このときに変更される発電機励起電流は、いわゆる「調整」ではなく、システムに送信される無効電力を変更するだけです。

3。 無効負荷の分布:
並列運転している発電機は、それぞれの定格容量に応じて無効電流を比例配分しています。 大容量の発電機はより多くの無効負荷を負担する必要がありますが、小型発電機は無効負荷を小さくします。 無効負荷の自動分配を実現するために、自動高電圧調整の励磁電流を使用して発電機の励磁電流を変更し、端子電圧を一定に保ち、発電機電圧調整特性の傾きを発電機の並列運転を実現するために調整されます。 無効負荷の合理的な配分。

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永久磁石同期モーターとブラシレスDCモーターの違い
一般に、ブラシレスDCモーターを設計する場合、エアギャップ磁場は方形波(台形波)であり、平坦な上部は可能な限り平坦です。 したがって、極対数の選択では、4極12スロットなどの整数スロット集中巻線が一般的に選択され、磁性鋼は一般に放射状に磁化された同心の扇形リングです。 通常、位置と速度を検出するホールセンサーが装備されています。 駆動方法は、通常、位置要件がそれほど高くない場合の6ステップ方形波駆動です。

永久磁石の同期は正弦波の空隙であり、正弦波の方が良いため、4極15スロット、10極12スロットなどの極対数で分数スロット巻線が選択されます。磁性鋼は一般にパン型です。 、並列磁化、およびセンサーは一般にインクリメンタルエンコーダ、レゾルバ、アブソリュートエンコーダなどを構成します。ドライブiモードは一般に、FOCアルゴリズムなどの正弦波によって駆動されます。 サーボ用途向け。

内部構造、センサー、ドライバー、およびアプリケーションを区別できます。 このタイプのモーターも同じように使用できますが、パフォーマンスが低下します。 ほとんどのエアギャップ波形では、主に駆動モードに応じて、2つの間に永久磁石モーターがあります。 。
永久磁石ブラシレスDCモーターの速度は変更できます。 永久磁石同期モーターには、3結晶S3000Bサーボドライブなど、速度をシフトするための特別なドライブが必要です。

さまざまな産業および農業生産機械の要件に応じて、モーター駆動は、固定速度駆動、速度制御駆動、および精密制御駆動の3つのタイプに分けられます。


1、固定速度ドライブ
工業生産および農業生産には、ファン、ポンプ、コンプレッサー、一般的な工作機械など、ほぼ一定の速度で単一方向に連続運転する必要のある多数の生産機械があります。 過去には、これらの機械のほとんどは三相または単相の非同期モーターで駆動されていました。 非同期モーターは低コストで、構造がシンプルで保守が容易で、そのような機械の駆動に非常に適しています。 ただし、非同期モーターは効率が低く、力率が低く、損失が大きく、このタイプのモーターは表面積が大きいため、使用中に大量の電気エネルギーが無駄になります。 第二に、産業および農業で使用される多数のファンとポンプは、多くの場合、多くの電気エネルギーを浪費するダンパーとバルブを調整することにより、流量を調整する必要があります。 1970以降、人々はインバーターを使用してファンとポンプの非同期モーターの速度を調整し、流量を調整し、大幅なエネルギー節約を達成しました。 ただし、インバーターのコストはその使用を制限し、非同期モーター自体の低効率は依然として存在します。

たとえば、家庭用エアコンのコンプレッサーはもともと単相非同期モーターを使用し、その動作はスイッチングによって制御され、ノイズと高温変動範囲は不十分でした。 初期の1990で、日本の東芝は最初にコンプレッサー制御に非同期モーターの可変周波数速度調整を採用しました。 周波数変換速度調整の利点は、インバーターエアコンの開発を促進しました。 近年、日本の日立、三洋電機などの企業は、非同期モーターの周波数制御の代わりに永久磁石ブラシレスモーターの使用を開始し、効率を大幅に改善し、同じ定格出力と定格速度でさらに優れた省エネを実現し、ノイズをさらに低減しています。 次に、単相非同期モーターの体積と重量は100%、永久磁石ブラシレスDCモーターの体積は38.6%、重量は34.8%、銅の量は20.9%、鉄の量は36.5%です。 10%以上、速度は便利で、価格は非同期モーター周波数制御と同等です。 エアコンの永久磁石ブラシレスDCモーターのアプリケーションは、エアコンのアップグレードを促進します。

2、速度制御ドライブ
非常に多くの作業機械があり、それらの走行速度を任意に設定および調整する必要がありますが、速度制御の精度要件はそれほど高くありません。 このような駆動システムは、包装機械、食品機械、印刷機械、マテリアルハンドリング機械、繊維機械、輸送車両に多くの用途があります。 この種の速度調整アプリケーション分野で最も使用されているのは、DCモーター速度制御システムです。 1970でのパワーエレクトロニクス技術と制御技術の開発後、非同期モーターの可変周波数速度調整は、元のDC速度制御システムのアプリケーション分野に急速に浸透しました。 。 これは、一方で、非同期モーターの可変周波数速度制御システムの性能価格がDC速度制御システムの性能価格に匹敵するためです。 一方、非同期モーターの製造プロセスは単純で、効率が高く、同じモーターでもDCモーターよりも銅が少なくて済みます。 便利なメンテナンスなどの利点。 したがって、非同期モーターの周波数変換速度調整は、多くの場合、DC速度調整システムに迅速に置き換わりました。

3、精密制御ドライブ
1高精度サーボ制御システム
サーボモーターは、産業オートメーションの動作制御において重要な役割を果たします。 サーボモーターのアプリケーションパフォーマンス要件も異なります。 実際のアプリケーションでは、サーボモーターには、トルク制御/電流制御、速度制御、位置制御などのさまざまな制御方法があります。 サーボモーターシステムは、DCサーボシステム、ACサーボシステム、ステッピングモーター駆動システム、そして最近まで最も魅力的な永久磁石モーターACサーボシステムも経験しています。 近年輸入された輸入自動化機器、自動処理装置、ロボットのほとんどは、永久磁石同期モーターのACサーボシステムを採用しています。

2情報技術における永久磁石同期モーター
現在、情報技術は高度に発達しており、さまざまなコンピューター周辺機器やオフィスオートメーション機器も高度に発達しています。 重要なコンポーネントを備えたマイクロモーターの需要は高く、精度と性能の要件はますます高くなっています。 このようなマイクロモーターの要件は、小型化、薄型化、高速、長寿命、高信頼性、低ノイズ、低振動であり、精度の要件は特に高くなっています。

永久磁石同期およびブラシレスDCモータードライブ

永久磁石同期モータは、永久磁石励磁により同期回転磁界を生成する同期モータです。 永久磁石は、回転磁場を生成するローターとして機能します。 三相固定子巻線は、回転磁界の作用下で電機子反作用を通過して、三相対称電流を誘導します。
このとき、ローターの運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、永久磁石同期モーターが発電機として使用されます。 また、固定子側が三相対称電流に接続されている場合、三相固定子は空間位置が120だけ異なるため、三相固定子電流は空間にあります。 回転磁界が発生し、ロータの回転磁界は電磁力の作用を受けます。 このとき、電気エネルギーは運動エネルギーに変換され、永久磁石同期モーターがモーターとして使用されます。

作業の方法:
1。 発電機が励起電流を取得するいくつかの方法
1)DCジェネレーター電源の励起モード
このタイプの励起ジェネレーターには、専用のDCジェネレーターがあります。 この特別なDCジェネレーターは、DCエキサイターと呼ばれます。 励振器は一般に発電機と同軸です。 発電機の励磁巻線は、大きなシャフトに取り付けられたスリップリングを通過します。 そして、固定ブラシは励磁機からDC電流を受け取ります。 この励起モードには、独立した励起電流、信頼性の高い動作、自家消費電力の削減という利点があります。 これは過去数十年の発電機の主要な励起モードであり、成熟した運転経験があります。 欠点は、加振調整速度が遅く、保守作業負荷が大きいため、10MWを超えるユニットで使用されることはめったにないことです。

2)ACエキサイター電源の励起モード
一部の最新の大容量発電機は、励磁機を使用して励磁電流を供給します。 AC励磁機は、発電機の大きなシャフトにも取り付けられています。 AC電流出力は整流され、励起のために発電機ローターに供給されます。 このとき、発電機の励起モードは励起モードに属し、静的整流デバイスのため、静的励起の励起のために、AC二次励起装置が励起電流を提供します。 AC二次励磁機は、永久磁石測定装置または自励式の定電圧装置を備えた交流発電機であってもよい。 励磁制御速度を向上させるために、AC励磁機は通常100-200 Hzの中周波数ジェネレーターを使用し、AC補助励磁機は400-500 Hzの中間周波数ジェネレーターを使用します。 発電機のDC励磁巻線と三相AC巻線は、固定子スロットに巻かれています。 ローターには歯とスロットのみがあり、ギアのような巻線はありません。 そのため、ブラシやスリップリングなどの回転部品がなく、信頼性の高い操作が可能です。 実用新案には、単純な構造、便利な製造プロセスなどの利点があります。 欠点は、ノイズが大きく、AC電位の高調波成分も大きいことです。

3)エキサイターの励起モード
励起モードでは、特別な励起装置は提供されず、励起電力は発電機自体から取得され、整流されてから、励起のために発電機自体に供給されます。これは、自励静的励起と呼ばれます。 自己励起静的励起は、自己励起と自己再励起に分けることができます。 自励モード発電機のコンセントに接続された整流トランスを介して励磁電流を取得し、整流後に励磁するために発電機に供給します。 この励起モードには、構造が単純で、設備が少なく、投資が少なく、メンテナンスが少ないという利点があります。 整流と変換に加えて、自己再励起モードには、発電機の固定子回路に直列に接続された高電力変流器もあります。 このトランスの機能は、短絡が発生した場合に整流器のトランス出力の不足を補うために発電機に大きな励起電流を供給することです。 この励起方法には、整流トランスで得られる電圧源と直列トランスで得られる電流源の2種類の励起電源があります。

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