Een permanent magneetmotor (PM) is een wisselstroommotor die magneten gebruikt die zijn ingebed in- of bevestigd aan het oppervlak van de rotor van de motor. In deze blog leggen we de theorie en fysica achter de Permanent Magneet motor uit.

Het regelen van de snelheid van wisselstroommotoren wordt in de meeste gevallen bereikt met behulp van een aandrijving met variabele frequentie. Hoewel veel scenario’s betrekking hebben op het gebruik hiervan, met inductiemotoren met statorwikkelingen om een ​​roterend magnetisch veld te genereren, kunnen ze ook een nauwkeurige snelheidsregeling bereiken met behulp van snelheids- of positie feedback sensoren.

In sommige situaties is het mogelijk om een ​​vergelijkbaar nauwkeurige snelheidsregeling te verkrijgen zonder de noodzaak van feedback sensoren. Dit wordt mogelijk gemaakt door een motor met permanente magneet.

Inductiemachines

Een wisselstroom inductiemachine (IM) wordt ook wel een wisselstroommotor genoemd. Door de statorwikkeling wordt een draaiveld opgewekt. Het roterende veld induceert een stroom in de rotorstaven. De huidige generatie vereist een snelheidsverschil tussen de rotor en het magnetische veld. De interactie tussen het veld en de stroom produceert de drijvende kracht. Daarom zijn wisselstroom inductiemachines de overheersende motor die wordt aangedreven door aandrijvingen met instelbare snelheid.

Permanent Magneet motoren

Een Permanent Magneet motor is een wisselstroommotor die magneten gebruikt die zijn ingebed in of bevestigd aan het oppervlak van de rotor van de motor. De magneten worden gebruikt om een ​​constante motor flux te genereren in plaats van dat het statorveld er een moet genereren door verbinding te maken met de rotor, zoals het geval is bij een inductiemotor. Een vierde motor die bekend staat als een line-start PM-motor (LSPM) bevat kenmerken van beide motoren. Een LSPM-motor bevat de magneten van een PM-motor in de rotor en de rotorstaven van een kooiankermotor om het koppel en de efficiëntie te maximaliseren.

Flux, flux koppeling en magnetische flux

Om de werking van PM-motoren te begrijpen, is het belangrijk om de concepten magnetische flux, flux koppeling en magnetische flux te begrijpen.

Flux: De stroom door een geleider creëert een magnetisch veld. Flux definieert de stroomsnelheid van een eigenschap per oppervlakte-eenheid. Flux Stroom is de stroomsnelheid door een gegeven dwarsdoorsnede van de geleider.

Flux koppeling: Flux koppeling treedt op wanneer een magnetisch veld gaat samenwerken met een materiaal zoals dat zou gebeuren wanneer een magnetisch veld door een draadspoel gaat. Flux koppeling wordt bepaald door het aantal windingen en flux, waarbij ϕ wordt gebruikt om de momentane waarde van een in de tijd variërende flux aan te geven. 

Inductor: Een inductor is een circuit element dat bestaat uit een geleidende draad, meestal in de vorm van een spoel. Een geleider die een constante stroom voert, genereert een constant magnetisch veld. Een magnetisch veld en de stroom die het veroorzaakt zijn lineair gerelateerd. Verandering van het magnetische veld zal een spanning opwekken in een nabijgelegen geleider die evenredig is met de veranderingssnelheid van de stroom die het magnetische veld veroorzaakte. 

Een permanent magneetmotor kan in een paar verschillende motormodellen worden weergegeven. Een van de meest gebruikelijke methoden is het d-q-motormodel. De d-as en q-as inductanties hierbij zijn de inductanties die worden gemeten terwijl het fluxpad door de rotor gaat in relatie tot de magnetische pool. De inductantie van de d-as is de inductantie die wordt gemeten wanneer de flux door de magnetische polen gaat. De inductantie van de q-as is de inductantiemaat wanneer flux tussen de magnetische polen passeert.

In een inductiemachine zal de rotor flux koppeling tussen de d-as en de q-as hetzelfde zijn. De doorlaatbaarheid van een magneet ligt in de buurt van die van lucht. Daarom kan de magneet worden gezien als een luchtspleet. De magneet bevindt zich in het flux pad terwijl deze door de d-as reist. Het flux pad dat door de q-as reist, passeert geen magneet. Daarom kan meer ijzer worden gekoppeld aan het flux pad van de q-as, wat resulteert in een grotere inductantie. Een motor met een ingebedde magneet zal een grotere q-as inductantie hebben dan de d-as inductantie. Een motor met magneten voor opbouwmontage heeft bijna identieke inductanties voor de q-as en de d-as omdat de magneten zich buiten de rotor bevinden en de hoeveelheid ijzer die door het statorveld wordt verbonden niet beperken.