Задвижващи двигатели Pumbaa 350KW PMSM за електрически превозни средства PML350

1. Мотор с плосък проводник
• Формата на намотката на двигателя постепенно преминава от кръгла към плоска тел, с висока скорост на запълване на слотовете, къси краища, висока плътност на мощността и силен капацитет за разсейване на топлината.

2. Проектиране на изолация за високо напрежение
• Двигателят използва нови изолационни материали и процеси, за да отговори на изискванията за висока честота на превключване на SiC контролерите за все по-високоскоростни двигатели

•3. Високоскоростни и тежкотоварни изолирани лагери
• Конструкцията на двигателя използва изолирани лагери, които могат да отговорят на проектните изисквания от 24000 об/мин; и може ефективно да предотврати генерирането на електрическа корозия на лагерите

4. Двигател с маслено охлаждане
• Двигателят е с високоскоростна маслено охлаждана структура, която ефективно намалява номиналната мощност след намаляване на обема, което не само подобрява ефективността, но и удължава експлоатационния живот на системата.

5. Отлични показатели за шумозаглушаване и вибрации
• Роторът на двигателя е със сегментирана наклонена полюсна структура, която ефективно оптимизира шумовите и вибрационни вибрации (NVH) на моторната система

Синхронният двигател с постоянен магнит (PMSM) е двигател с постоянен магнит, широко използван в електрическите превозни средства (EV). С 15% по-висока ефективност от индукционните двигатели (IM) и най-високата плътност на мощността сред тяговите двигатели, той се е превърнал в крайъгълен камък на съвременните системи за задвижване на електрически превозни средства.

1. Какво е синхронен двигател с постоянен магнит (PMSM)?

Като вид синхронен двигател с променлив ток, PMSM генерира магнитното си поле чрез постоянни магнити, които произвеждат синусоидални противоелектродвижещи сили. Въпреки че споделя структурата на статора и ротора с асинхронните двигатели, роторът на PMSM използва постоянни магнити (PM) вместо намотки на полето, за да генерира магнитното си поле - което му е спечелило алтернативното наименование „трифазен безчетков синусоидален двигател с постоянен магнит“.
В сравнение с традиционните двигатели, PMSM двигателите се отличават с ефективност, безчетков дизайн, висока скорост на въртене, безопасност и динамични характеристики. Те осигуряват плавен въртящ момент с нисък шум, което ги прави идеални за високоскоростни приложения като роботиката. Като трифазни синхронни двигатели с променлив ток, те работят синхронно с външни променливотокови захранвания.

PMSM (перманентни магнитни двигатели) нямат роторни намотки; вместо това постоянните магнити директно генерират въртящото се магнитно поле. Това елиминира необходимостта от постояннотоково възбуждане, опростява структурата им и намалява разходите. Основните им компоненти включват статор (с трифазни намотки) и ротор (с PM двигатели). Захранването на статора с трифазен променлив ток инициира работата.

Работата на PMSM е подобна на тази на синхронните двигатели: тя разчита на въртящо се магнитно поле (RMF), за да индуцира електродвижеща сила със синхронна скорост. Когато към статорните намотки се приложи трифазен променлив ток, във въздушната междина се образува RMF. Тъй като PM на ротора се въртят синхронно с това RMF, се генерира въртящ момент. Важно е да се отбележи, че PMSM не са самостартиращи и изискват захранване с променлива честота за работа.

2. Структура на PMSM двигатели

Статор: Подобно на конвенционалните променливотокови асинхронни двигатели, статорът на PMSM получава захранване чрез своите намотки. Тези намотки обикновено са разпределени в множество слотове в почти синусоидална схема, за да се получи синусоидална форма на вълната на обратната електродвижеща сила (ЕМС).

Ротор: Дизайнът на ротора отличава PMSM от основните синхронни двигатели. Вместо възбудителни намотки, роторът използва постоянни магнити, за да генерира своите магнитни полюси. Често срещаните материали за PM включват самарий-кобалт и неодим-желязо-бор (NdFeB) заради тяхната висока пропускливост и икономическа ефективност. PMSM се категоризират по разположение на PM:

·Повърхностно монтиран PMSM (SPM): PM са свързани с повърхността на ротора.

·Вътрешен PMSM (IPM): PM са вградени във вътрешността на ротора. IPM конструкциите предлагат значително по-висока ефективност.

(ПМСМ)

3. Принципи на управление на PMSM

PMSM задвижванията използват класическа технология за векторно управление, което позволява управление на скоростта в затворен контур за прецизно регулиране. Системата със затворен контур използва обратна връзка за скоростта, за да проследява позицията на ротора в реално време, поддържайки безстепенно регулиране на скоростта – включително пълен въртящ момент при нулева скорост.

На вала на ротора е монтиран сензор за положение (напр. енкодер или резолвер), за да се определи положението на ротора. Използвайки параметри на двигателя и измервания на тока (обработени от високоскоростен цифров сигнален процесор, DSP), задвижването изчислява положението на ротора. По време на всеки интервал на семплиране трифазната променливотокова система се преобразува във въртяща се двукоординатна система, където токовете се разлагат на директна (d) и квадратурна (q) съставки за независимо управление.

Въз основа на стратегии за векторно управление, задвижването генерира референтни dq компоненти на тока, подравнени с целевия въртящ момент. Тези референтни стойности след това се използват за генериране на сигнали за управление на гейта за инвертора. Ключово предимство е бързата му динамична реакция: ефектите на свързване между въртящия момент и магнитния поток се управляват чрез разделяне (ориентация на статорния магнитен поток), което позволява независимо регулиране на въртящия момент и магнитния поток. Тази висока изчислителна сложност обаче изисква задвижването да използва бърз процесор или DSP.

4. Предимства и недостатъци на PMSM

Предимства:

· Силна способност за претоварване; плътността на мощността далеч надвишава тази на асинхронните двигатели.

· По-висока ефективност (15% по-добра от IM) и по-малък размер (1/3 от обема на конвенционалните двигатели), опростяващи монтажа и поддръжката.

· Осигурява пълен въртящ момент при ниски скорости.

· Незначителни загуби в медта на ротора (без възбуждане на полето чрез статорния ток), което намалява генерирането на топлина и удължава живота.

· Безчетковият дизайн елиминира механичните комутатори, минимизирайки триенето, износването и разходите за поддръжка, като същевременно избягва риска от искри в тежки условия.

·Високият фактор на мощността подобрява ефективността на цялата система и намалява линейното/падещото напрежение.

· Плавно предаване на въртящия момент с отлични динамични характеристики.

Недостатъци:

· По-висока цена в сравнение с индукционните двигатели.

·Не се самозапалва; изисква захранвания с променлива честота за стартиране.

·Необходими са сложни системи за управление, за да се управляват статорните токове.

(Двигателят работи)

Заключение

Синхронният двигател с постоянен магнит (PMSM) се утвърди като основна технология в задвижващите системи за електрически превозни средства, благодарение на несравнимата си ефективност, висока плътност на мощността и превъзходни динамични характеристики. Чрез елиминиране на възбуждащите намотки и четките чрез възбуждане с постоянен магнит, PMSM намаляват загубите и повишават надеждността. В същото време технологията за векторно управление позволява независимо регулиране на въртящия момент и магнитния поток, осигурявайки ключови характеристики като пълен въртящ момент при нулева скорост и бърза реакция.

Въпреки че PMSM са изправени пред предизвикателства – по-високи разходи, изисквания за несамостоятелно стартиране и сложни системи за управление – тяхното господство в електрическите превозни средства остава непоклатимо. Тяхната ефективност (15% по-добра от IM двигателите), компактният им размер (1/3 от обема на традиционните двигатели) и задържането на въртящ момент при ниска скорост ги правят незаменими за електрически превозни средства с дълъг пробег и висока производителност.

С напредъка в областта на редкоземните материали (напр. NdFeB N52), алгоритмите за управление, управлявани от изкуствен интелект (напр. управление с прогнозиране на модели), и 800V платформите за високо напрежение станат масови, PMSM ще продължат да се развиват – оптимизирайки разходите, производителността и устойчивостта. В бъдеще PMSM ще затвърдят ролята си на „силово сърце“ на електрическите превозни средства, стимулирайки иновациите в индустрията и подкрепяйки целите за глобална въглеродна неутралност.