Sensorless制御8kw 15kw PMSMモーター高い発電10kw永久マグネットモーター

永久磁石モーターと非同期モーターの違い

01. ローターの構造

非同期モーター: ローターは鉄心と巻線で構成され、主にかご型ローターと巻線ローターが使用されます。かご型ローターはアルミニウム棒で鋳造されます。ステーターを切断するアルミバーの磁界がローターを駆動します。

PMSMモータ：ロータの磁極に永久磁石が埋め込まれており、同相の磁極が異なる反発力を引き合う原理により、ステータに発生する回転磁界により回転駆動されます。

02. 効率性

非同期モーター: グリッド励起からの電流を吸収する必要があるため、ある程度のエネルギー損失、モーター無効電流、および低力率が発生します。

PMSM モーター: 磁場は永久磁石によって提供され、ローターに励磁電流が必要なく、モーター効率が向上します。

03. 体積と重量

高性能永久磁石材料の使用により、永久磁石同期モータのエアギャップ磁界は非同期モータに比べて大きくなります。非同期モーターに比べて小型・軽量化が可能です。非同期モーターよりもフレーム サイズが 1 ～ 2 小さくなります。

04. モーター始動電流

非同期モーター: 電源周波数の電気によって直接始動され、始動電流が大きく、定格電流の 5 ～ 7 倍に達する可能性があり、瞬時に電力網に大きな影響を与えます。始動電流が大きいと固定子巻線の漏れ抵抗電圧降下が大きくなり、始動トルクが小さいため重負荷始動ができません。インバータを使用しても定格出力電流範囲内でしか起動できません。

PMSM モーター: 減速機の定格出力要件を満たさない専用コントローラーによって駆動されます。実際の起動電流は小さく、負荷に応じて徐々に電流が増加し、起動トルクは大きくなります。

05.力率

非同期モーターは力率が低く、電力網から大量の無効電流を吸収する必要があります。非同期モーターの大きな始動電流は電力網に短期的な影響を与え、長期間使用すると一定の損傷を引き起こします。電力網の設備や変圧器まで。電力網の品質を確保し、機器の使用コストを増加させるには、電力補償ユニットを追加し、無効電力補償を実行する必要があります。

永久磁石同期電動機の回転子には誘導電流がなく、力率が高いため、電力網の品質係数が向上し、補償器の設置が不要になります。

06. メンテナンス

非同期モーター + 減速機の構造は、振動、発熱、故障率の高さ、潤滑剤の大量消費、および手作業によるメンテナンス費用の高さを発生させます。一定のダウンタイム損失が発生します。

三相永久磁石同期モーターが機器を直接駆動します。減速機を排除しているため、モーターの出力速度が低く、機械騒音が低く、機械振動が小さく、故障率が低くなります。駆動システム全体はほぼメンテナンスフリーです。

EMF とトルクの式

同期機では、位相ごとに誘導される平均 EMF は同期モーターの動的誘導 EMF と呼ばれ、1 回転ごとに各導体によってカットされる磁束は Pϕ Weber です。

すると、1回転にかかる時間は60/N秒となります。

導体ごとに誘導される平均 EMF は、次のように計算できます。

( PϕN / 60 ) × Zph = ( PϕN / 60 ) × 2Tph

ここで、Tph = Zph / 2

したがって、位相ごとの平均 EMF は次のようになります。

= 4 × ϕ × Tph × PN/120 = 4ϕfTph

ここで、Tph = いいえ。相ごとに直列に接続された巻数

ϕ = ウェーバーの磁束/極

P=いいえ。極の

F= 周波数 (Hz)

Zph=いいえ。相ごとに直列に接続された導体の数。= Zph/3

EMF 方程式は、ステーター上のコイルと導体に依存します。このモータでは、分配係数 Kd とピッチ係数 Kp も考慮されます。

したがって、E = 4 x ϕ xfx Tph xKd x Kp

永久磁石同期モーターのトルク方程式は次のように与えられます。

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

永久磁石 AC (PMAC) モーターには、次のような幅広い用途があります。

産業機械: PMAC モーターは、ポンプ、コンプレッサー、ファン、工作機械などのさまざまな産業機械アプリケーションで使用されます。これらは高効率、高電力密度、正確な制御を提供するため、これらのアプリケーションに最適です。

ロボット工学: PMAC モーターはロボット工学やオートメーションのアプリケーションで使用され、高トルク密度、正確な制御、高効率を実現します。これらは、ロボット アーム、グリッパー、その他のモーション コントロール システムでよく使用されます。

HVAC システム: PMAC モーターは暖房、換気、空調 (HVAC) システムで使用され、高効率、正確な制御、低騒音レベルを実現します。これらは、これらのシステムのファンやポンプによく使用されます。

再生可能エネルギー システム: PMAC モーターは、風力タービンやソーラー トラッカーなどの再生可能エネルギー システムで使用され、高効率、高出力密度、正確な制御を実現します。これらは、これらのシステムの発電機や追跡システムでよく使用されます。

医療機器: PMAC モーターは、MRI 装置などの医療機器で使用され、高トルク密度、正確な制御、低騒音レベルを実現します。これらは、これらの機械の可動部品を駆動するモーターによく使用されます。

SPM と IPM

PM モーターは、表面永久磁石モーター (SPM) と内部永久磁石モーター (IPM) の 2 つの主なカテゴリに分類できます。どちらのモーター設計タイプにもローター バーは含まれていません。どちらのタイプも、ロータに固定または内部に取り付けられた永久磁石によって磁束を発生します。

SPM モーターには、ローター表面の外側に磁石が取り付けられています。この機械的な取り付けのため、機械的強度はIPMモータに比べて弱くなります。機械的強度が弱まると、モーターの最大安全機械速度が制限されます。さらに、これらのモーターは非常に限られた磁気突極性 (Ld ≈ Lq) を示します。ローター端子で測定されたインダクタンス値は、ローターの位置に関係なく一定です。突極性比がほぼ 1 であるため、SPM モーターの設計は、完全ではないにしても、磁気トルク成分に大きく依存してトルクを生成します。

IPM モーターには、ローター自体に永久磁石が埋め込まれています。対応する SPM とは異なり、永久磁石の配置により、IPM モーターは機械的に非常に安定しており、非常に高速での動作に適しています。これらのモーターは、比較的高い磁気突極性比 (Lq > Ld) によっても定義されます。磁気の突極性により、IPM モーターはモーターの磁気トルク成分とリラクタンス トルク成分の両方を利用してトルクを生成する機能を備えています。

PMモーターの磁束弱化/強化

永久磁石モーターの磁束は磁石によって生成されます。磁束場は特定の経路をたどりますが、これを増強したり反対したりすることができます。磁束場を増強または強化すると、モーターのトルク生成が一時的に増加します。磁束界を反対にすると、モーターの既存の磁界が打ち消されます。磁場が減少するとトルクの生成が制限されますが、逆起電力電圧は減少します。逆起電力電圧が低下すると、電圧が解放され、モーターがより高い出力速度で動作できるようになります。どちらのタイプの動作でも追加のモーター電流が必要です。モーター コントローラーによって提供される、d 軸を横切るモーター電流の方向によって、望ましい効果が決まります。

モーターに関して見落とされがちな小さな問題がいくつかあります。

1. 高原地帯ではなぜ一般的なモーターが使えないのですか？

高度は、モーターの温度上昇、モーターのコロナ（高電圧モーター）、DC モーターの転流に悪影響を及ぼします。次の 3 つの側面に注意する必要があります。

(1) 高度が高くなるとモーターの温度上昇が大きくなり、出力が低下します。ただし、高度の上昇に伴って温度が低下し、温度上昇に対する高度の影響が十分に補償される場合、モーターの定格出力は変わらないままにすることができます。

（２）高電圧電動機を高原で使用する場合は、コロナ対策を講じる必要がある。

(3) 高地は DC モータの転流に適さないため、カーボンブラシの材質の選択に注意してください。

2. モータが軽負荷運転に適さないのはなぜですか?

モーターが軽負荷で動作すると、次のような問題が発生します。

(1) モータの力率が低い。

(2) モータ効率が低い。

(3) 設備の無駄が発生し、不経済な運用となります。

3. 寒い環境ではモーターが始動できないのはなぜですか?

低温環境でモーターを過度に使用すると、次のような原因が発生します。

(1) モーターの絶縁亀裂。

(2) ベアリンググリースが凍結する。

(3) ワイヤ接続部のはんだ粉が粉状になっている。

したがって、モーターを加熱して低温環境に保管し、運転前に巻線とベアリングをチェックする必要があります。

4. 60Hz モーターは 50Hz 電源を使用できないのはなぜですか?

モーターを設計する場合、珪素鋼板は磁化曲線の飽和領域で動作するのが一般的です。電源電圧が一定の場合、周波数を下げると磁束や励磁電流が増加し、モータ電流や銅消費量が増加し、モータの温度上昇が大きくなります。ひどい場合には、コイルの過熱によりモーターが焼損する可能性があります。

5.モーターのソフトスタート

ソフトスタートの省エネ効果は限られていますが、電力網への起動の影響を軽減し、スムーズな起動を実現してモーターユニットを保護することもできます。エネルギー節約の理論によれば、ソフトスタートは比較的複雑な制御回路の追加により、エネルギーを節約できないだけでなく、エネルギー消費も増加します。ただし、回路の起動電流を低減し、保護の役割を果たすことができます。