تُستخدم المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم على نطاق واسع في الصناعات بفضل كفاءتها العالية وكثافة قدرتها ودقة تحكمها. تشرح هذه المدونة تركيب ومبدأ عمل محرك PMSM، ومزاياه، وتطبيقاته.
بناء محرك متزامن ذو مغناطيس دائم
تتكون محركات PMSM، مثل المحركات الكهربائية الأخرى، من مكونين رئيسيين:
الموالي: الجزء الخارجي ثابت ويحمل لفات ثلاثية الطور تعمل على إنشاء المجال المغناطيسي للدوار. غالبًا ما يتم ضبطها بشكل جيبي للحصول على كثافة تدفق سلسة وجيبية. تم تصميم لفات الجزء الثابت من PMSM للسماح بتبديد الحرارة بشكل جيد.
الدوار: يتم تثبيت الدوار الداخلي بمغناطيسات دائمة مصنوعة عادةً من مواد أرضية نادرة مثل النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB) نظرًا لقوتها المغناطيسية العالية. يتم لصق المغناطيسات على الدوار في تلك النقاط التي ستتفاعل فيها مع المجال المغناطيسي الدوار الذي ينشئه الجزء الثابت.
تكوينات دوار PMSM
يمكن تصنيف محركات PMSM بناءً على ترتيب المغناطيسات داخل الدوار:
PM مثبت على السطح (SPM): يتم تثبيت المغناطيسات على سطح الدوار. يتميز هذا البناء بمزايا التعقيد الأقل، وبالتالي كثافة تدفق أعلى للفجوة الهوائية، مما ينتج عنه عزم دوران أعلى. ومع ذلك، عند السرعات العالية، تتطلب محركات SPM أكمامًا هيكلية إضافية للاحتفاظ بالمغناطيسات. يتطلب محرك SPM غلافًا مصنوعًا من مادة عالية القوة خارج PM للحماية.
الداخلية رئيس الوزراء: يتم دفن المغناطيسات داخل قلب الدوار. في مثل هذا التكوين، يمكن تحقيق استقرار ميكانيكي أفضل وسرعات تشغيلية أعلى وعزم دوران أعلى للفجوة الهوائية. يؤدي وضع المغناطيسات داخل الدوار إلى إنشاء حواجز تدفق متعددة تزيد من البروز وتسمح بعزم دوران أكبر للحمل الزائد في نطاق سرعة واسع. يرجع السبب في تفضيل محركات IPM غالبًا في التطبيقات عالية السرعة إلى هيكل الدوار القوي وإمكانية تحمل قوى الطرد المركزي الأعلى. في حالة محرك IPM، يتم دفن المغناطيسات الدائمة داخل قلب الدوار.
مبدأ عمل محرك PMSM
مبدأ تشغيل محركات PMSM هو تفاعل المجالات المغناطيسية:
1. المجال المغناطيسي الدوار: ينشئ التيار المتردد ثلاثي الطور في ملفات الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا دوارًا في الفجوة الهوائية بين الجزء الثابت والدوار.
2. الجاذبية والتنافر المغناطيسي: تمارس المغناطيسات الدائمة المثبتة على الدوار مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا. ويتفاعل هذا المجال مع المجال المغناطيسي الدوار من الجزء الثابت، مما يؤدي إلى توليد قوى جذب وتنافر.
3. الدوران المتزامن: يتم محاذاة المجال المغناطيسي للدوار من خلال الجذب والتنافر المغناطيسي بسبب دوران المجال المغناطيسي عند الجزء الثابت. يتسبب هذا المحاذاة الثابتة في دوران الدوار بالترادف مع الدوران الناتج في المجال المغناطيسي بواسطة الجزء الثابت. ترتبط سرعة الدوران بشكل مباشر بتردد مصدر التيار المتردد وعدد الأقطاب داخل المحرك.
التحكم في محركات PMSM
تتضمن بعض طرق التحكم المتقدمة المستخدمة على نطاق واسع في محركات PMSM للتطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران ما يلي:
التحكم الموجه نحو الميدان (FOC):إنها توفر تقنية مستخدمة على نطاق واسع للغاية تقدم أداءً ديناميكيًا رائعًا، مع ضمان التحكم الدقيق للغاية في سرعة المحرك وعزم الدوران. يعمل المبدأ عن طريق تحويل تيارات الجزء الثابت ثلاثية الطور إلى مكونين متعامدين: أحدهما مسؤول عن التدفق المغناطيسي والآخر عن عزم الدوران. يسمح FOC بالتحكم المستقل في هذه المكونات، وبالتالي ضمان التحكم الكامل في تشغيل المحرك.
التحكم شبه المنحرف: يُشار أحيانًا إلى التحكم شبه المنحرف باسم التبديل ذي الست خطوات، وهو يستخدم نوعًا أبسط من التحكم. فهو يعتمد على نبضات الجهد ذات الموجة المربعة التي يتم تطبيقها على لفائف الجزء الثابت. ورغم أنه ليس متطورًا تمامًا، إلا أنه كافٍ في التطبيقات التي تقل فيها الحاجة إلى الدقة العالية. ويُستخدم التحكم شبه المنحرف في محركات التيار المستمر بلا تيار.
محركات PMSM-المزايا
يحقق مبدأ تشغيل محرك pmsm بعض المزايا:
كفاءة عالية: تتمتع محركات PMSM بخسائر دوارة صغيرة وكفاءة متزايدة. يؤدي غياب لفائف الدوار في محركات PMSM إلى التخلص من خسائر النحاس الدوارة، مما يجعلها أكثر كفاءة بكثير من المحركات الحثية. كما أن لديها خسارة دوارة لا تذكر، مما يعني عدم وجود خسارة حرارية.
كثافة عالية الطاقة: تعني المغناطيسات الدائمة القوية في محركات PMSM أنها تتمتع بقدرة عزم دوران عالية مع أبعاد مضغوطة، كما تضمن أيضًا نسبة عالية من الطاقة إلى الوزن. وحقيقة أن محركات PMSM تتمتع بكثافة طاقة أكبر تجعلها مواتية لكثافة الطاقة في التطبيقات الصغيرة الحجم.
التحكم الدقيق:تتوفر تقنيات تحكم متقدمة، مثل FOC، لتوفير دقة عالية للتحكم في السرعة وعزم الدوران. وتجد وحدات PMSM تطبيقات في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية واستجابة ديناميكية مثل تطبيقات السيرفو الصناعية.
نطاق سرعة واسع: يمكن لمحركات PMSM العمل على نطاق سرعة واسع.
ضوضاء واهتزازات منخفضة: تؤدي تقنية التحكم الدقيقة وشكل الموجة الجيبية EMF الخلفية إلى تشغيل سلس وهادئ. كما أن محركات PMSM أقل ضوضاءً من محركات التيار المستمر بدون فرشاة.
موثوقية عالية: بدون الفرش والمبدلات والأجهزة الأخرى المماثلة، يتم تقليل التآكل والتلف في المحرك إلى أدنى حد، مما يزيد من عمره الافتراضي وموثوقيته.
تطبيقات محركات PMSM
تُقدَّر محركات PMSM على نطاق واسع لخصائصها الفريدة، مما يُتيح تطبيقها في مختلف المجالات. ففي مجال الأتمتة الصناعية، تتفوق هذه المحركات في الروبوتات، وأدوات الآلات، وأنظمة المؤازرة (السيرفو)، بفضل دقة تحكمها واستجابتها الديناميكية. وتستفيد أنظمة الطاقة المتجددة، مثل توربينات الرياح ومحطات الطاقة، من قدرة محركات PMSM على توليد الكهرباء بكفاءة. ويستفيد قطاع الطيران والفضاء من كثافتها العالية وبنيتها خفيفة الوزن، بينما تستخدمها أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المراوح والمضخات والضواغط لكفاءتها وهدوء تشغيلها.
تُستخدم PMSMs أيضًا في الإلكترونيات الاستهلاكية لتطبيقات مماثلة، بما في ذلك المراوح والمضخات. كما يتم استخدامها بشكل أكبر في المحركات المتزامنة عالية السرعة، والناقلات الحزامية، ومطاحن الكرات، محطات معالجة مياه الصرف الصحي, حقول النفط، ومعدات النسيج، وضواغط الهواء، وتصنيع الكابلات، وأجهزة البثق البلاستيكية، مما يبرز تنوعها وأهميتها في مختلف الصناعات.
ENNENG: الرائدة في حلول PMSM
إنينج تُعد من أبرز موردي المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم لكل من يحتاج إلى PMSM عالي الجودة. صُممت المحركات بواسطة إنينج تتميز بالكفاءة العالية والموثوقية العالية والميزات المبتكرة.
الجودة والأداء ورضا العملاء هي نقاط تركيز في تصميم وبناء PMSMs من قبل ENNENG. بفضل حضورها العالمي والتزامها بخدمة العملاء، فهي شريك ثابت في تلك الشركات التي تهدف إلى زيادة الكفاءة مع الاستدامة من خلال تقنية PMSM عالية الأداء.
