Synkronmaskinen

Comments

Transcription

Synkronmaskinen
Synkronmaskinen
Permanentmagnetiserad (PM) elmotor
Industrial Electrical Engineering and Automation
Likströmsmaskin
• Magneter i statorn
• Ström i lindning i rotorn
• F=Bil
Synkronmaskin
• Magneter på rotorn
• Ström i lindning i statorn
• F=Bil
2
Industrial Electrical Engineering and Automation
Permanentmagnetiserad
Synkronmaskin
Industrial Electrical Engineering and Automation
PMSM har goda egenskaper
• Hög momenttäthet
– 1...30 Nm/kg – används i industrirobotar
– Jmf förbränningsmotor 1...2 Nm/kg
– Jmf hydraulmotorer 600 Nm/kg
• Hög verkningsgrad
– Upp till 98%
Industrial Electrical Engineering and Automation
Magnetisering i rotorn:
Skapa kraft och vridmoment
•
•
•
•
F=Bil
Kraft på ledarna upptill Æ (nedtill Å)
Kraft på rotorn upptill Å (nedtill Æ)
Endast rotorn rörlig: Vridmoment moturs
Industrial Electrical Engineering and Automation
Låt rotorn rotera
• Rotorflödet ställer in sig i statorflödets riktning
• Om man kunde vrida runt statorflödet på något sätt…
Industrial Electrical Engineering and Automation
Tre faser
• Betrakta det som tre lindningar vridna 120°
• I verkligheten ligger lindningarna fördelade över flera spår
Industrial Electrical Engineering and Automation
Trefas sinus
• Roterande statorflöde
• Magnetiserad rotor kommer att följa statorflödet
• Synkront varvtal (ns eller ωs)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Animering
• Trefaslindning
• Sinusformad trefasspänning
• ”Trefasflöde”
• Roterande flöde
Poltal
Industrial Electrical Engineering and Automation
Flytta 60° fram i tiden
2-polig
60 elektriska grader
60 mekaniska grader
4-polig
60 elektriska grader
30 mekaniska grader
poltal
ωel =
p
ωmek
2
2
Tel = Tmek
p
Industrial Electrical Engineering and Automation
Ekvivalent schema
• Vi kan nu få motorn att rotera
• Lindning med varierande flöde ger inducerad spänning
E=
dψ
dt
E = ψω cos ωt
Nästan samma som för likströmsmaskinen
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vridmoment
•
•
•
•
•
Tomgång
Statorflöde och rotorflöde linjerar
Inducerad spänning = klämspänning
Ingen ström
Ingen kraft på ledarna
• Maximalt vridmoment
• Statorflöde och rotorflöde vinkelräta
• Kraft på ledarna / kraft på rotorn
• Magneterna ger ett rotorflöde riktat nedåt – vektor Ψm
• Strömmen i lindningarna ger flöde riktat åt höger – vektor is
• Vridmomentet är T=Ψmissinγ och maximalt för γ=90°
Industrial Electrical Engineering and Automation
Synkrongeneratorn
• Motor och generator är samma maskin
• Vi vill nu kunna styra både frekvens
och spänning ut från generatorn
• Ändra varvtal för att ändra frekvens, då
ändras spänningen också
• Alltså måste flödet kunna styras för att
styra spänningen oberoende av
varvtalet
• Elektrisk magnetisering istället för
permanentmagneter
E = ψω cos ωt
Industrial Electrical Engineering and Automation
Elektriskt magnetiserad
synkronmaskin, EMSM
• Elektromagnet i rotorn
• Ström in i rotorn via
släpringar
Industrial Electrical Engineering and Automation
SM konstruktion
• Varför järn i maskinen
– Högre flöde för samma ström
– Τ=Ψm×is
– Minimera luftgapet
• Varför laminerad plåt
– Reducera förluster pga virvelströmmar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Stegmotor
Industrial Electrical Engineering and Automation
Sammanfattning SM
• Trefas sinusspänning ger jämnt roterande
spänningsvektor
• Rotorn följer statorflödet, synkront varvtal
• Vridmoment Ψm×is
• Inducerad emk (tomgångsspänning) proportionell mot
varvtal
p
ω
ωmek
=
• Mekaniskt / elektriskt varvtal
el
2
• Synkronmotor
– Permanentmagnet ger högt rotorflöde och kompakt motor
• Synkrongenerator
– Samma maskin som synkronmotor
– Elektrisk magnetisering gör att spänningen kan varieras