Střídavé motory s permanentními magnety

-- 02.03.10 23:02

Díky strategii řízení bez enkodérů skutečných otáček jsou střídavé motory s permanentními magnety atraktivnější pro vysoce efektivní a specializované aplikace.

Konvenční střídavé indukční motory mají natolik všestranné použití, že byste těžko hledali průmyslový závod a dokonce i domácnost, kde by se nevyskytovaly. Nicméně v současné éře šetření energií výrobci narážejí na meze účinnosti tohoto provedení. Motory s permanentními magnety (PM) na druhou stranu nabízejí vyšší úroveň účinnosti než indukční motory, protože nemají v rotoru ztráty ve vinutí typu I2R. Přes tyto a jiné výhody bylo další rozšiřování motorů PM omezováno náklady a komplikacemi danými nutností použít pro řízení enkodér skutečných otáček.

Tento problém byl potlačen díky vyvinutí propracovanějších strategií využívajících metodu vektorového řízení s otevřenou smyčkou, která odstraňuje nutnost použít enkodér. Po odstranění tohoto problému uživatelé zjistili, že motory s permanentními magnety nabízejí atraktivní řešení s menšími rozměry rámu a menší hmotností, než mají konvenční indukční motory o ekvivalentním výkonu. Na druhou stranu jsou indukční motory stále obecně levnější a odolnější při použití v náročných aplikacích.

Dva typy rotorů

Střídavé motory s permanentními magnety stejně jako jejich indukční protějšky využívají vinutý stator. Zde však podobnost končí. Motory PM mají magnety připevněny k rotoru, a to buď na povrchu, nebo zabudované uvnitř. V důsledku toho zde není žádný rotorový proud, což snižuje ztráty v mědi. Tato skutečnost je hlavní zdroj vyšší účinnosti. Rozdíly mezi povrchově montovaným permanentním magnetem (Surface Mounted Permanent Magnet – SPM) a vnitřním permanentním magnetem (Interior Permanent Magnet – IPM) jsou daleko nad rámec odlišného způsobu výroby. Tento na první pohled nevýznamný rozdíl způsobuje výrazné diference v provozní charakteristice motorů. Provedení IPM mají magnety zabudovány uvnitř rotoru. To dovoluje větší pevnost umožňující vyšší provozní rychlost.

Vytváří se tím také magnetická asymetrie s proměnnou indukčností, jež jsou měřitelné na svorkách v závislosti na poloze rotoru. I když si podrobnosti této koncepce zaslouží rozsáhlejší rozbor, praktickým dopadem je to, že motor navíc produkuje reluktanční moment nad rámec složky magnetického momentu permanentního magnetu. U provedení SPM jsou permanentní magnety obvykle připevněny k povrchu rotoru lepidlem, takže pevnost tohoto spoje je prakticky určující pro maximální rychlost a celkovou robustnost. Při povrchové montáži navíc nevzniká magnetická asymetrie, takže nedochází ani ke vzniku reluktančního momentu.

Řízení otáček

Pro střídavé motory s permanentními magnety existují dvě hlavní strategie řízení otáček s otevřenou smyčkou (bez enkodéru skutečných otáček). První koncepce vektorového řízení s otevřenou smyčkou využívá napěťové řízení. Obvod napěťového řízení počítá napěťovou referenci podle žádané hodnoty rychlosti a proudu motoru, výsledkem je pak výstupní napětí potřebné pro dosažení požadované hodnoty krouticího momentu. Tato koncepce se u provedení SPM obvykle využívá u aplikací čerpadel a ventilátorů. Druhá koncepce vektorového řízení s otevřenou smyčkou využívá algoritmy proudové a otáčkové regulace.

Tato koncepce v podstatě vytváří virtuální enkodér skutečných otáček pomocí sledování polohy magnetického pole při běhu motoru. Přitom probíhá výpočet otáček, jejichž hodnota je určující pro regulátor otáček a následně i pro regulátor proudu, přičemž se využívá schopností výkonných a rychlých mikroprocesorových obvodů. Tento přístup funguje zvlášť dobře s charakteristikami provedení IPM a umožňuje velmi propracované řízení otáček a krouticího momentu. I když motory s permanentními magnety nejsou vhodné pro každou situaci, rostoucí výčet jejich schopností nabízí přednosti, které mohou vyřešit příští problém vaší aplikace.

ce

Peter Welander je redaktor zaměřený na zpracovatelský průmysl. Kontaktujte jej na adrese peter.welander@reedbusiness.com.

Autor: Peter Welander, Control Engineering

Sponzorované odkazy

	Řízení a údržba průmyslového podniku Redaktoři časopisu průběžně sledují nejnovější trendy ve všech aspektech výroby v průmyslových závodech a přinášejí odběratelům informace, které potřebují pro udržení své konkurenceschopnosti.
	All for Power - odborný časopis o energetice Časopis All for Power se zaměřuje na uhelnou a jadernou energetiku, plynárenství, teplárenství a energetické strojírenství. Medium přináší i racionální pohledy na OZE.
	4METAL.CZ - portál kovozpracujícího odvětví Skupina 4metal je sdružení kovozpracujících a strojírenských firem. Katalog firem, Burza strojů a materiálů, Burza práce, akce, aktuality, média. To vše na jedné adrese.