موتورهای محرک PMSM پومبا 350 کیلووات برای خودروی الکتریکی PML350

۱. موتور سیم تخت
• شکل سیم‌پیچ موتور به تدریج از سیم گرد به سیم تخت تغییر می‌کند، با سرعت پر شدن شیار بالا، انتهای کوتاه، چگالی توان بالا و ظرفیت اتلاف حرارت قوی

۲. طراحی عایق ولتاژ بالا
• این موتور از مواد عایق و فرآیندهای جدید برای برآورده کردن الزامات فرکانس سوئیچینگ بالای کنترل‌کننده‌های SiC برای موتورهای با سرعت بالا استفاده می‌کند.

•۳. یاتاقان‌های عایق‌بندی شده با سرعت بالا و سنگین
• در طراحی موتور از یاتاقان‌های عایق‌بندی شده استفاده شده است که می‌تواند الزامات طراحی 24000 دور در دقیقه را برآورده کند؛ و می‌تواند به طور موثری از ایجاد خوردگی الکتریکی یاتاقان‌ها جلوگیری کند.

۴. موتور خنک‌شونده با روغن
• موتور از ساختار خنک‌کننده روغنی با سرعت بالا استفاده می‌کند که پس از کاهش حجم، به طور موثری قدرت نامی را کاهش می‌دهد، که نه تنها راندمان را بهبود می‌بخشد، بلکه عمر مفید سیستم را نیز بهبود می‌بخشد.

۵. عملکرد عالی NVH
• روتور موتور از ساختار قطب شیب‌دار قطعه‌بندی‌شده استفاده می‌کند که به طور مؤثر NVH سیستم موتور را بهینه می‌کند.

موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) یک موتور مغناطیس دائم است که به طور گسترده در خودروهای الکتریکی (EV) استفاده می‌شود. این موتور با 15٪ راندمان بالاتر از موتورهای القایی (IM) و بالاترین چگالی توان در بین موتورهای کششی، به سنگ بنای سیستم‌های محرکه خودروهای الکتریکی مدرن تبدیل شده است.

۱. موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM) چیست؟

به عنوان نوعی موتور سنکرون AC، PMSM میدان مغناطیسی خود را از طریق آهنرباهای دائمی تولید می‌کند که نیروهای الکتروموتوری سینوسی تولید می‌کنند. در حالی که ساختار استاتور و روتور آن با موتورهای القایی مشترک است، روتور PMSM به جای سیم‌پیچ‌های میدان، از آهنرباهای دائمی (PM) برای تولید میدان مغناطیسی خود استفاده می‌کند - به همین دلیل نام جایگزین آن "موتور سینوسی آهنربای دائمی سه فاز بدون جاروبک" است.
در مقایسه با موتورهای سنتی، PMSMها از نظر راندمان، طراحی بدون جاروبک، سرعت چرخش بالا، ایمنی و عملکرد دینامیکی برتری دارند. آنها گشتاور نرمی را با سر و صدای کم ارائه می‌دهند که آنها را برای کاربردهای پرسرعت مانند رباتیک ایده‌آل می‌کند. به عنوان موتورهای سنکرون AC سه فاز، آنها به صورت سنکرون با منبع تغذیه AC خارجی کار می‌کنند.

PMSMها فاقد سیم‌پیچ روتور هستند؛ در عوض، آهنرباهای دائمی مستقیماً میدان مغناطیسی دوار را تولید می‌کنند. این امر نیاز به تحریک DC را از بین می‌برد، ساختار آنها را ساده کرده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. اجزای اصلی آنها شامل یک استاتور (با سیم‌پیچ‌های سه فاز) و یک روتور (با PMها) است. تغذیه استاتور با جریان متناوب سه فاز، عملکرد را آغاز می‌کند.

عملکرد PMSM مشابه موتورهای سنکرون است: این موتورها برای القای نیروی محرکه الکتریکی در سرعت سنکرون به یک میدان مغناطیسی دوار (RMF) متکی هستند. هنگامی که جریان متناوب سه فاز به سیم‌پیچ‌های استاتور اعمال می‌شود، یک RMF در فاصله هوایی تشکیل می‌شود. با چرخش همزمان PMهای روتور با این RMF، گشتاور تولید می‌شود. نکته قابل توجه این است که PMSMها خودراه‌انداز نیستند و برای کار به منبع تغذیه با فرکانس متغیر نیاز دارند.

۲. ساختار موتورهای PMSM

استاتور: مشابه موتورهای القایی AC معمولی، استاتور PMSM از طریق سیم‌پیچ‌های خود نیرو دریافت می‌کند. این سیم‌پیچ‌ها معمولاً در چندین شیار با الگویی تقریباً سینوسی توزیع می‌شوند تا شکل موج نیروی محرکه الکتریکی معکوس (EMF) سینوسی تولید کنند.

روتور: طراحی روتور، PMSM را از موتورهای سنکرون پایه متمایز می‌کند. به جای سیم‌پیچ‌های میدان، روتور از آهنرباهای دائمی برای تولید قطب‌های مغناطیسی خود استفاده می‌کند. مواد PM رایج شامل ساماریوم-کبالت و نئودیمیوم-آهن-بور (NdFeB) به دلیل نفوذپذیری بالا و مقرون به صرفه بودن آنها هستند. PMSM ها بر اساس محل قرارگیری PM طبقه‌بندی می‌شوند:

· PMSM نصب شده روی سطح (SPM): PMها به سطح روتور متصل می‌شوند.

· PMSM داخلی (IPM): PMها درون روتور تعبیه شده‌اند. طرح‌های IPM راندمان بسیار بالاتری را ارائه می‌دهند.

(پی ام اس ام)

۳. اصول کنترل PMSM

درایوهای PMSM از فناوری کنترل برداری کلاسیک استفاده می‌کنند و امکان کنترل سرعت حلقه بسته را برای تنظیم دقیق فراهم می‌کنند. سیستم حلقه بسته از بازخورد سرعت برای ردیابی موقعیت روتور در زمان واقعی استفاده می‌کند و از تنظیم سرعت بدون پله - از جمله گشتاور کامل در سرعت صفر - پشتیبانی می‌کند.

یک حسگر موقعیت (مثلاً انکودر یا رزولور) روی شفت روتور نصب می‌شود تا موقعیت روتور را تشخیص دهد. با استفاده از پارامترهای موتور و اندازه‌گیری‌های جریان (که توسط یک پردازنده سیگنال دیجیتال پرسرعت، DSP، پردازش می‌شوند)، درایو موقعیت روتور را محاسبه می‌کند. در طول هر بازه نمونه‌برداری، سیستم AC سه فاز به یک سیستم مختصات دوار تبدیل می‌شود، که در آن جریان‌ها برای کنترل مستقل به مؤلفه‌های مستقیم (d) و مربعی (q) تجزیه می‌شوند.

بر اساس استراتژی‌های کنترل برداری، درایو، مولفه‌های جریان dq مرجع همسو با گشتاور هدف را تولید می‌کند. سپس از این مراجع برای تولید سیگنال‌های محرک گیت برای اینورتر استفاده می‌شود. یکی از مزایای کلیدی آن، پاسخ دینامیکی سریع آن است: اثرات کوپلینگ بین گشتاور و شار از طریق کنترل جداسازی (جهت‌گیری شار استاتور) مدیریت می‌شود و امکان تنظیم مستقل گشتاور و شار را فراهم می‌کند. با این حال، این پیچیدگی محاسباتی بالا مستلزم آن است که درایو از یک پردازنده سریع یا DSP استفاده کند.

۴. مزایا و معایب PMSM

مزایا:

· قابلیت تحمل اضافه بار قوی؛ چگالی توان بسیار بیشتر از موتورهای القایی است.

راندمان بالاتر (۱۵٪ بهتر از موتورهای القایی) و اندازه کوچکتر (۱/۳ حجم موتورهای معمولی)، نصب و نگهداری را ساده می‌کند.

· گشتاور کامل را در سرعت‌های پایین ارائه می‌دهد.

تلفات ناچیز مسی روتور (بدون تحریک میدان از طریق جریان استاتور)، کاهش تولید گرما و افزایش طول عمر.

طراحی بدون جاروبک، کموتاتورهای مکانیکی را حذف می‌کند و اصطکاک، سایش و هزینه‌های نگهداری را به حداقل می‌رساند و در عین حال از خطرات جرقه در محیط‌های خشن جلوگیری می‌کند.

ضریب توان بالا، راندمان کل سیستم را بهبود می‌بخشد و ولتاژ خط/افت را کاهش می‌دهد.

· گشتاور خروجی روان با عملکرد دینامیکی عالی.

معایب:

· هزینه بالاتر در مقایسه با موتورهای القایی

· خود راه انداز نیست؛ برای راه اندازی به منبع تغذیه با فرکانس متغیر نیاز دارد.

سیستم‌های کنترل پیچیده‌ای برای مدیریت جریان‌های استاتور مورد نیاز است.

(موتور در حال کار)

نتیجه‌گیری

موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) به عنوان یک فناوری اصلی در سیستم‌های محرک خودروهای برقی ظهور کرده است که به دلیل راندمان بی‌نظیر، چگالی توان بالا و عملکرد دینامیکی برتر خود، پیشرو است. PMSMها با حذف سیم‌پیچ‌های میدان و جاروبک‌ها از طریق تحریک مغناطیس دائم، تلفات را کاهش داده و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهند. در همین حال، فناوری کنترل برداری، تنظیم مستقل گشتاور و شار را امکان‌پذیر می‌کند و ویژگی‌های کلیدی مانند گشتاور کامل در سرعت صفر و پاسخ سریع را ارائه می‌دهد.

اگرچه موتورهای PMSM با چالش‌هایی - هزینه‌های بالاتر، الزامات عدم خودراه‌اندازی و سیستم‌های کنترل پیچیده - مواجه هستند، اما تسلط آنها در خودروهای برقی همچنان پابرجاست. راندمان آنها (۱۵٪ بهتر از موتورهای القایی)، اندازه جمع و جور (۱/۳ حجم موتورهای سنتی) و حفظ گشتاور در سرعت پایین، آنها را برای خودروهای برقی با برد طولانی و عملکرد بالا ضروری می‌کند.

با رواج یافتن پیشرفت‌های مواد کمیاب (مثلاً NdFeB N52)، الگوریتم‌های کنترل مبتنی بر هوش مصنوعی (مثلاً کنترل پیش‌بینی‌کننده مدل) و پلتفرم‌های ولتاژ بالای ۸۰۰ ولت، PMSMها به تکامل خود ادامه خواهند داد - بهینه‌سازی هزینه، عملکرد و پایداری. با نگاهی به آینده، PMSMها نقش خود را به عنوان "قلب قدرت" خودروهای برقی تثبیت خواهند کرد، نوآوری در صنعت را پیش می‌برند و از اهداف جهانی خنثی‌سازی کربن حمایت می‌کنند.