Th9
Nguyên lý cấu tạo
PM Motor: Động cơ nam châm vĩnh cửu
Động cơ nam châm vĩnh cửu có tên tiếng anh “Permanent magnent” viết tắt và gọi chung là PM motor.
Gần đây động cơ nam châm vĩnh cửu xoay chiều 3 pha được sử dụng trong máy nén khí phổ biến hơn.
Ưu điểm PM motor
Động cơ PM không chổi than và có độ tin cậy và hiệu suất rất cao. nhờ có rôto bằng nam châm vĩnh cửu Cos φ ~1 tức tốc độ quay roto ~ bằng tốc độ quay từ trường 3000~3600rpm. Dòng PMAC có thể đạt 12,000 rpm (vòng trên phút).
Với kích thước khung nhỏ hơn nhưng chúng cũng có mô men xoắn cao hơn tất cả, đồng thời động cơ PM không có dòng điện rôto đều là lợi thế so với động cơ cảm ứng xoay chiều (AICM). Với tỷ lệ công suất trên kích thước cao, PMSM có thể giúp thiết kế của bạn nhỏ hơn mà không bị mất mô-men xoắn.
Động cơ PM trong lĩnh vực máy nén khí còn có một ưu điểm vượt trội nhờ kích thước và trọng lượng nhỏ. Dược thiết kế như một cấu trúc khớp nối trực tiếp đồng trục với đầu nén giúp tiết kiệm số vòng bi, khớp nối, giảm hao hụt công qua bộ truyền động điều này có nghĩa là không cần thay dây curoa, bảo trì khớp nối và lo lắng về liên kết côn giữa trục máy nén và trục động cơ, điều này làm giảm sự cố của các bộ phận truyền động và bảo trì. Mặt khác tốc độ motor cao 3600 rpm có thể giúp máy nén sản sinh ra khí nén với áp cao hơn mà không cần dùng kết cấu hộp số tăng vòng tua cho đầu nén.
Mặc dù giá motor PM cùng công suất cao hơn động cơ 3pha không đồng bộ AICM, nhưng tính trên chi phí tổng cấu thành máy nén khí không tăng quá lớn, điều đó là lý do động cơ này ngày trở nên phổ biến.
Định nghĩa & phân loại
Động cơ nam châm vĩnh cửu phổ biến nhất gồm hai loại chính là động cơ sử dụng điện xoáy chiều sóng hình sin và loại sóng hình thang. Sóng hình thang đòi hỏi điều khiển phức tạp nhưng bù lại nó mang đến đặc tính cơ nhưu động cơ 1 chiều. Bên dưới Huy liệt kê 04 loại động cơ thường nhắc đến trong quá trình đi làm. Xin giữ nguyên tên tiếng anh để bạn tiện tra cứu tìm hiểu sâu về đặc tính cơ, sơ đồ dây…
① PMAC (Permanent magnent AC motor)
PMAC tên tiếng anh đầy đủ là “Permanent magnent AC motor” tức động cơ nam châm vĩnh cửu dùng điện 03 pha không chổi than.
Hình bên là loại động cơ PMAC làm mát dầu, hoặc nước được sử dụng khá phổ biến với máy nén khí đặc biệt máy nén khí Trung Quốc.
Với máy nén khí đôi khi bạn sẽ gặp động cơ nam châm vĩnh cửu PMAC loại làm mát khí như bên dưới. Về cấu tạo chúng không có sự khác biệt lớn. Chúng chỉ khác nhau phương thức làm mát. Với loại làm mát khí nhiệt vòng bi thường cao hơn đòi hỏi mỡ bôi trơn loại chịu nhiệt cao.
Cấu tạo PMAC
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, giống như bất kỳ động cơ điện quay nào , bao gồm rôto và stato.
Stato là phần cố định, rôto là bộ phận quay. Thông thường, rôto nằm bên trong stato của động cơ điện, cũng có những cấu trúc có rôto bên ngoài. Rôto bao gồm các nam châm vĩnh cửu . Vật liệu có từ tính cao được dùng làm nam châm vĩnh cửu, nguyên liệu chủ yếu là đất hiếm.
Thiết kế của rôto PMSM được chia thành:
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bề mặt
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong
Theo thiết kế rôto, động cơ đồng bộ được chia thành:
Động cơ điện rôto cực lồi
Động cơ điện với rôto cực không lồi .
Tùy thuộc vào thiết kế của stato, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể là:
Stato với cuộn dây phân tán
Stato với cuộn dây tập trung
trong đó số rãnh trên mỗi cực và pha Q = 2, 3, …., k.
Sơ đồ trải dây động cơ PMAC
Một động cơ điện có rôto cực không lồi có độ tự cảm trực tiếp và bậc hai bằng nhau L d = L q , trong khi đối với động cơ điện có rôto cực lồi, độ tự cảm bậc hai không bằng trực tiếp L q ≠ L d .
② PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motors)
PMSM là viết tắt của “Permanent Magnet Synchronous Motors” là loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu điện xoay chiều 03 pha.
PMSM cần phải được chuyển mạch giống như động cơ BLDC, nhưng do cấu tạo của các cuộn dây, các dạng sóng cần phải có dạng hình sin để có hiệu suất tốt. Bởi vì điều này đòi hỏi các thuật toán điều khiển phức tạp hơn.
③ BPM (Brushless Permanent magnent)
BPM là viết tắt của “Brushless Permanent magnent” động cơ nam châm vĩnh cửu không chổi than. Ngoài ra cũng có hãng sản xuất ghi dõ dàng “Brushless PMAC” động cơ điện xoay chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu.
④ BLDC (Brushless DC) *
Tên đầy đủ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không chổi than, tên thường gọi động cơ một chiều không chổi than (BLDC). Mặc dù có tên là “một chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều. Động cơ BLDC có đặc tính cơ và đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều. Chính vì thế mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Với động cơ đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu họ PM còn một số phiên bản khác như: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt (SPMSM) và Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bên trong (IPMSM)… Tuy nhiên nó hoàn toàn xa lạ với lĩnh vực khí nén, bạn vui lòng tìm hiểu mở rộng thêm.
Nguyên lý hoạt động BLDC
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ (tức là rotor quay cùng tốc độ với từ trường quay) có phần cảm là nam châm vĩnh cửu. Dựa vào dạng sóng sức phản điện động stator của động cơ mà trong nhóm này ta có thể chia thành 2 loại động cơ (sóng) hình sin và động cơ (sóng) hình thang.
Động cơ BLDC là loại động cơ sóng hình thang, những động cơ còn lại là động cơ sóng hình sin (ta gọi chung với tên là PM – Permanent magnet Motor). Chính cái sức phản điện động có dạng hình thang này mới là yếu tố quyết định để xác định một động cơ BLDC chứ không phải các yếu tố khác như Hall sensor, bộ chuyển mạch điện tử (Electronic Commutator), .v.v.
Phương pháp điều khiển truyền thống động cơ BLDC là đóng cắt các khóa mạch lực (IGBT hoặc MOSFET) để cấp dòng điện vào cuộn dây stator động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor đưa về.
Sơ đồ cấu tạo gồm
Stator: Phẫn tĩnh bao gồm lõi sắt (các lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của động cơ BLDC khác so với cách quấn dây động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, sự khác biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang. Nếu không quan tâm tới vấn đề thiết kế, chế tạo động cơ, ta có thể bỏ qua sự phức tạp này.
Rotor: Phần động về cơ bản là không có gì khác so với các động cơ nam châm vĩnh cửu khác.
Hall sensor: do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của BLDC cần có cảm biến xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó người ta dùng cảm biến hiệu ứng Hall, gọi tắt là Hall sensor. Vị trí Hall sensor được gắn trên stator của BLDC (chứ không phải trên rotor như nhiều người nhìn ảnh, hoặc đọc tài liệu tiếng anh không sõi như mình)
Thông số điển hình
Những loại motor này còn khá mới mẻ với hầu hết kĩ thuật, Huy xin trích dẫn bảng thông số một số model động cơ tiêu biểu, giúp bạn tra dòng điện, tốc độ và mô men của động cơ.
Động cơ Permanent magnent Synchronous AC làm mát dầu
| Công suất đầu ra (KW) | 7.5-75 |
| Điện áp định mức(V) | 380V |
| Số cặp cực | 6,8 |
| Tốc độ (r/m) | 1500, 3000 |
| Đường kính trục (mm) | 132-225 |
| Back EMF (V) | B3, B35 |
| Nhiệt độ môi trường(℃) | 65 |
| Lưu lượng dầu làm mát (L/min) | 13-91 |
| Duty | S1 |
| Cooling Method | Dầu hoặc nước |
| Model nguồn 380VAC | Mô men (NM) | Công suất kw | Tốc độ rpm | Tần số Hz | KL kg |
| ZYL-132-30-75 | 23,9 | 7,5 | 3000 | 150 | 26 |
| ZYL-132-36-75 | 19,9 | 7,5 | 3600 | 180 | 25 |
| ZYL-132-30-11 | 35.0 | 11 | 3000 | 150 | 28 |
| ZYL-132-30-15 | 47,8 | 15 | 3000 | 150 | 32 |
| ZYL-132-36-15 | 39,8 | 15 | 3600 | 180 | 31 |
| ZYL-160-30-18,5 | 58,9 | 18,5 | 3000 | 150 | 37 |
| ZYL-160-30-22 | 70.0 | 22 | 3000 | 150 | 39 |
| ZYL-160-30-30 | 95,5 | 30 | 3000 | 150 | 45 |
| ZYL-180-30-30 | 95,5 | 30 | 3000 | 200 | 64 |
| ZYL-180-30-37 | 117,8 | 37 | 3000 | 200 | 67 |
| ZYL-180-30-45 | 143.3 | 45 | 3000 | 200 | 77 |
| ZYL-225-30-45 | 143.3 | 45 | 3000 | 200 | 105 |
| ZYL-225-30-55 | 175.1 | 55 | 3000 | 200 | 120 |
| ZYL-225-30-75 | 238,8 | 75 | 3000 | 200 | 156 |
Động cơ Brushless PMAC
| Tên | Vôn | Mô-men | Công suất | Dòng | Công suất | Dòng max | Tốc độ rpm | Làm mát |
| ACX-3544 | 36/48 DCV | 7,4 Nm | 4,4 kw | 110 A | 4,4 kw | 450 A | 6.000 | gió |
| PEV60-8-E011 | 540 DCV | 150 Nm | 60 kw | 140 A | 120 kw | 330 A | 12.000 | nước |
| PEV70-12-E007 | 540 DCV | 850 Nm | 70 kw | 240 A | 135 kw | 500 A | 3.000 | nước |
| PEV80-12-E023 | 540 DCV | 868 Nm | 150 kw | 255 A | 200 kw | 600A | 3.000 | nước |
| PEV100-8-E001 | 540 DCV | 341Nm | 100 kw | 170 A | 150 kw | 400 A | 7.400 | nước |
| PEV220-12-F001 | 650 DCV | 1500 Nm | 220 kw | 310 A | 330kW | 500 A | 3.400 | nước |
Hình ảnh thực tế
xem thêm tại mục sản phẩm động cơ máy nén khí
Kết nối biến tần
Biến tần-động cơ nam châm vĩnh cửu là bộ đôi hoàn hảo thường song hành khi trang bị cho máy nén khí. Điểm khác biệt rất lớn về phương pháp điều khiển tuyến tính theo dòng điện. Tức biến tần điều chỉnh tần số căn cứ theo dòng điện làm việc của Motor. Tần số làm việc của biến tần cũng thường cao hơn từ 120 đến ~200 Hz. Với tần số cao chúng tạo thường tạo tiếng hú, rít độ ồn lớn hơn biến tần, động cơ dây đồng thông thường.
