Was ist ein Permanentmagnet-Synchron-Wechselstrommotor ohne Erregungsverlust?

Branchenentwicklung und Marktdynamik:
Mit der steigenden Nachfrage nach hocheffizienten und energiesparenden Motoren hat sich der Anteil von Permanentmagnet-Synchronmotoren am Motorenmarkt schrittweise erhöht und die Entwicklungsaussichten verwandter Industrien haben Beachtung gefunden. Beispielsweise werden Permanentmagnet-Synchronmotoren in der Industrieautomation, bei Haushaltsgeräten, im Schienenverkehr und in anderen Bereichen immer häufiger eingesetzt, was die Entwicklung und Modernisierung der Branche vorangetrieben hat.
Die Bedeutung seltener Erdressourcen bei der Herstellung von Permanentmagnet-Synchronmotoren ist immer wichtiger geworden. China als Land, das reich an seltenen Erdressourcen ist, verfügt über bestimmte Vorteile bei der Entwicklung der Permanentmagnet-Synchronmotorindustrie und der Entwicklung verwandter Industrien erregte auch Aufmerksamkeit.

 

Definition und Prinzip
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein Synchronmotor, der ein synchron rotierendes Magnetfeld erzeugt, das durch einen Permanentmagneten angeregt wird. Seine Statorwicklung erzeugt nach dem dreiphasigen Wechselstrom ein rotierendes Magnetfeld, und der Rotor besteht aus Permanentmagneten, die darauf angewiesen sind, dass das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld mit dem rotierenden Magnetfeld des Stators interagiert, so dass der Motorrotor entsteht rotiert synchron mit dem rotierenden Magnetfeld des Stators.
Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion und dem Prinzip der Magnetfeldwechselwirkung. Zwischen dem rotierenden Magnetfeld, das durch den Statorstrom erzeugt wird, und dem Permanentmagnetfeld des Rotors besteht ein elektromagnetisches Drehmoment. Das Drehmoment treibt den Rotor des Motors an, sich zu drehen, und die Rotorgeschwindigkeit ist streng mit der des rotierenden Magnetfelds des Stators synchronisiert.

 

Strukturelle Merkmale
Der Statoraufbau ähnelt dem eines gewöhnlichen dreiphasigen Asynchronmotors, der aus dem Statorkern und der Statorwicklung besteht. Der Statorkern besteht normalerweise aus laminiertem Siliziumstahlblech, um den Kernverlust zu reduzieren. Die Statorwicklung ist eine dreiphasige Wicklung, die nach bestimmten Regeln in die Statornut eingebettet wird und dazu dient, durch den Durchgang von dreiphasigem Wechselstrom ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen.
Die Rotorstruktur ist der Schlüsselbestandteil eines Permanentmagnet-Synchronmotors. Auf dem Rotor ist ein Permanentmagnet installiert, und das Material des Permanentmagneten ist normalerweise NdFeb (Nd-Fe-B) und andere Hochleistungs-Permanentmagnetmaterialien. Entsprechend den unterschiedlichen Installationsmethoden von Permanentmagneten am Rotor kann dieser in Oberflächen-Permanentmagnetrotoren und eingebaute Permanentmagnetrotoren unterteilt werden. Der Permanentmagnet des Oberflächen-Permanentmagnetrotors ist auf der Oberfläche des Rotorkerns installiert, der in Struktur und Prozess einfach ist, aber der Permanentmagnet kann leicht durch ein externes Magnetfeld gestört werden; Der Permanentmagnet des eingebauten Permanentmagnetrotors ist in den Innenkern des Rotors eingebettet, seine Struktur ist relativ komplex, aber er weist bessere Magnetkreiseigenschaften und mechanische Eigenschaften auf.

Vorteil
Hoher Wirkungsgrad: Aufgrund der Permanentmagneterregung ist kein zusätzlicher Erregerstrom erforderlich, wodurch der Erregerverlust reduziert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Asynchronmotoren weist er unter gleichen Arbeitsbedingungen einen höheren Wirkungsgrad auf. Dadurch kann der Energieverbrauch erheblich gesenkt und Energiekosten für langfristig betriebene Geräte eingespart werden.
Hoher Leistungsfaktor: Der Leistungsfaktor eines Permanentmagnet-Synchronmotors kann nahe bei 1 liegen, was bedeutet, dass bei Einspeisung in das Stromnetz die vom Motor aus dem Netz aufgenommene Blindleistung sehr gering ist, wodurch die Blindleistungsbelastung des Netzes verringert wird und Verbesserung der Stromversorgungsqualität des Netzes.
Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit: Die Drehmomentreaktion ist schnell und die Geschwindigkeit und das Drehmoment können entsprechend dem Steuersignal schnell angepasst werden. Dies eignet sich für Situationen, die eine hochpräzise Steuerung erfordern, z. B. industrielle automatisierte Produktionslinien, Roboter und andere Bereiche.
Kompakte Struktur: Da keine Erregerwicklungen und zugehörige Erregergeräte erforderlich sind, ist die Gesamtstruktur des Motors kompakter und kleiner, was bei einigen Geräten mit hohem Platzbedarf große Vorteile hat.

Anwendungsgebiet
Industrieller Bereich: Weit verbreitet in industriellen Automatisierungsgeräten wie CNC-Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen, Druckmaschinen usw. Beispielsweise können Permanentmagnet-Synchronmotoren in CNC-Werkzeugmaschinen die Geschwindigkeit und Position des Werkzeugs präzise steuern und so die Bearbeitung verbessern Genauigkeit.
Transportbereich: Permanentmagnet-Synchronmotoren werden häufig als Antriebsmotoren in Elektrofahrzeugen, Elektrozügen und anderen Transportfahrzeugen eingesetzt. Permanentmagnet-Synchronmotoren in Elektrofahrzeugen bieten die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer Energieeinsparung und einer guten Drehmomentcharakteristik, wodurch die Reichweite und die Leistungsleistung von Elektrofahrzeugen verbessert werden können.
Haushaltsgeräte: Es wird auch in Klimaanlagen, Kühlschränken, Waschmaschinen und anderen Haushaltsgeräten verwendet. Beispielsweise kann der Einsatz von Permanentmagnet-Synchronmotoren für Klimakompressoren die Energieeffizienz von Klimaanlagen verbessern und die Betriebsgeräusche reduzieren.
Zweitens das Verständnis und die tatsächliche Situation von „kein Verlust“

 

Im Idealfall kein Verlust
Unter idealen Umständen ist die Energieumwandlungseffizienz des Permanentmagneten synchron, wenn der Eisenverlust (Hystereseverlust und Wirbelstromverlust im Eisenkern) und der mechanische Verlust (Lagerreibungsverlust, Windwiderstandsverlust usw.) im Motor ignoriert werden Motor kann nahezu 100 % erreichen, da es keinen Erregungsverlust gibt, also den sogenannten „kein Verlust“. Dem liegt die theoretische Annahme zugrunde, dass unter dieser Annahme der elektrische Energieeintrag in die Statorwicklung nahezu vollständig in mechanische Energieabgabe umgewandelt wird.
Tatsächlicher Verlustzustand
Eisenverlust: Im tatsächlichen Betrieb erzeugt das Siliziumstahlblech im Statorkern unter der Wirkung eines magnetischen Wechselfelds Hystereseverluste und Wirbelstromverluste. Der Hystereseverlust ist auf die Hystereseeigenschaften des Kernmaterials zurückzuführen, die dazu führen, dass die magnetische Domäne im Kern umkippt und Energie verbraucht, wenn sich das Magnetfeld ändert. Wirbelstromverluste werden durch den durch das magnetische Wechselfeld im Kern induzierten Wirbelstrom verursacht, der am Widerstand des Kerns Wärme erzeugt und Energie verbraucht.
Mechanischer Verlust: Der Rotor des Motors im Rotationsprozess und das Lager erzeugen Reibungsverluste, während die Rotation des Motors und die umgebende Luft dort eine relative Bewegung erzeugen, was zu einem Verlust des Windwiderstands führt. Diese mechanischen Verluste verringern den Wirkungsgrad des Motors.
Streuverluste: einschließlich der Verluste, die durch die Wechselwirkung harmonischer Magnetfelder höherer Ordnung im Stator und Rotor verursacht werden, sowie der zusätzlichen Verluste, die durch den Herstellungsprozess und andere Faktoren verursacht werden. Obwohl der Wirkungsgrad von Permanentmagnet-Synchronmotoren relativ hoch ist, können diese tatsächlichen Verluste nicht ignoriert werden.
Drittens hängen die Eigenschaften des Wechselstrommotors zusammen
Anpassungsfähigkeit der Wechselstromversorgung
Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist eine Art Wechselstrommotor und kann direkt an den dreiphasigen Wechselstrombetrieb angeschlossen werden. In praktischen Anwendungen ist es notwendig, die entsprechende Wechselstromversorgung entsprechend der Nennspannung und Nennfrequenz des Motors anzupassen. In verschiedenen Anwendungsszenarien müssen möglicherweise entsprechende Anpassungen an der Wechselstromversorgung vorgenommen werden. In einigen industriellen Fällen kann es beispielsweise bei großen Spannungsschwankungen im Stromnetz erforderlich sein, einen Spannungsregler zu verwenden, um den normalen Betrieb des Motors sicherzustellen.
Vergleich mit anderen Wechselstrommotoren
Im Vergleich zu Asynchronmotoren weisen Permanentmagnet-Synchronmotoren, wie bereits erwähnt, einen höheren Wirkungsgrad, einen höheren Leistungsfaktor und andere Vorteile auf. Der Asynchronmotor hat einen einfachen Aufbau, niedrige Kosten und eine hohe Zuverlässigkeit und wird häufig in einigen Fällen eingesetzt, in denen die Effizienzanforderungen nicht besonders hoch und die Kosten sensibler sind.
Im Vergleich zum Synchron-Reluktanzmotor weist der Permanentmagnet-Synchronmotor eine höhere Drehmomentdichte auf und kann bei gleichem Volumen und gleicher Leistung ein höheres Drehmoment abgeben. Der Synchronreluktanzmotor hängt hauptsächlich vom Reluktanzdrehmomentbetrieb ab, sein Wirkungsgrad und seine Leistung sind in einigen Aspekten nicht so gut wie die eines Permanentmagnet-Synchronmotors.