Motorul Sincron cu Magneți Permanenți

Memoriu Justificativ

Motoarele sincrone cu magneți permanenți au o aplicabilitate în creştere datorită avantajelor sale, precum randamente superioare, fiabilitate, sunt compacte și adecvate condițiilor de lucru. Datorită densităţii sale de mare putere şi dimensiunilor mai mici, motorul sincron cu magneți permanenți a devenit soluţia preferată pentru controlul vitezei şi poziţiei a mașinilor unelte și roboților. Un motor sincron cu magneți permanenți este un motor care folosește magneți permanenți pentru a produce câmpul magnetic din întrefier, în loc de electromagneţi. Aceste motoare au avantaje semnificative, atrăgând interesul cercetătorilor şi a industriei pentru a fi utilizate în multe aplicaţii. Motoarele sincrone cu magneți permanenți sunt utilizate pe scară largă în aplicaţii de putere mică şi mijlocie, cum ar fi echipamente periferice ale calculatoarelor, robotică, sisteme reglabile de viteză, vehicule electrice dar și în mare putere cum ar fi tehnologia aerospațială.

Datorită creşterii de pe piaţă a sistemelor cu motoare sincrone cu magneți permanenți, avem nevoie de instrumente de simulare, capabile să realizeze simulări ale acestor sisteme. Simulările au ajutat procesul de dezvoltare a noilor sisteme, inclusiv acționări cu motoare, prin reducerea costurilor şi a timpului. Instrumentele de simulare au capacitatea de a efectua simulări dinamice a sistemelor într-un mediu vizual, astfel încât să faciliteze dezvoltarea acestora.

În această lucrare, simularea motorului sincron cu magneți permanenți este realizată folosind programul Matlab/Simulink. Controlul vectorial este una dintre strategiile de control de înaltă performanţă pentru mașina de curent alternativ. Scopul lucrării este de a studia punerea în aplicare a controlului vectorial la motorul sincron cu magneți permanenți.

1. Considerații generale privind mașinile electrice

1.1 Noțiuni generale

Prin noţiunea de maşină, în general, se înțelege un sistem tehnic, format din organe şi mecanisme, care execută mişcări determinate pentru efectuarea unui lucru mecanic util, sau pentru transformarea unei forme de energie în energie mecanică sau invers.

După destinaţia lor generală, poartă următoarele denumiri:

- maşini de lucru, acele maşini care efectuează un lucru mecanic util;

- maşini de forţă, acele maşini care sunt utilizate pentru transformarea energiei.

În categoria maşinilor de forţă, intră următoarele categorii de maşini:

- maşini electrice;

- maşini termice;

- maşini hidraulice;

- maşini pneumatice;

- maşini eoliene;

- maşini sonice.

Cea mai importantă categorie de maşini, datorită largii utilizări în diverse domenii, o constituie maşinile electrice. O mașină electrică este un convertor electromecanic, adică transformă energia electrică în energie mecanică când funcționează în regim de motor, sau invers energia mecanică în energie electrică când funcționează în regim de generator. Marea majoritate a maşinilor electrice utilizate în tehnică sunt maşini electrice rotative şi au la baza funcţionarii lor fenomenul de inducţie electromagnetică.

1.2. Elemente constructive de bază ale maşinilor electrice

Indiferent de tipul maşinii electrice, aceasta are două părţi principale şi anume:

- o parte fixă numită stator;

- o parte mobilă numită rotor.

Statorul (inductorul), care este destinat, în general, producerii fluxului magnetic necesar funcţionării maşinii electrice, este format din următoarele elemente componente: carcasă, piese polare, înfăşurări, scuturi.

Rotorul (indusul), în care, de regulă, se induc tensiuni electromotoare, este format din următoarele elemente componente: arborele sau axul rotorului, miezul magnetic, înfăşurări, colector şi lamele de ventilaţie.

Carcasa, reprezintă scheletul pe care se fixează toate elementele componente ale statorului. Se realizează, de regulă sub formă cilindrică şi serveşte şi ca drum de închidere a fluxurilor magnetice.

Scuturile sunt capacele fixate de o parte şi de alta a carcasei. În acestea sunt practicate jugurile (numai la maşinile electrice de putere mică şi medie).

Piesele polare (pe acestea se dispun bobinele de excitaţie) au rolul de a asigura repartiţia uniformă a fluxului magnetic de excitaţie în întrefier. La unele maşini electrice pot exista şi poli auxiliari, realizaţi ca şi cei principali, dispuşi între aceştia şi destinaţi a îmbunătăţi comutaţia maşinii. Polii maşinii pot fi aparenţi sau îngropaţi.

Înfăşurările statorice sunt destinate să producă, de regulă, fluxul magnetic de excitaţie al maşinii respective. Sunt dispuse pe piesele polare, realizate din sârmă de cupru emailat şi izolate faţă de miezul magnetic al statorului şi piesa polară.

Înfăşurările rotorice sunt realizate din conductoare de cupru emailat şi sunt introduse în crestăturile miezului magnetic al rotorului, fiind izolate faţă de acesta din punct de vedere electric.

Periile colectoare asigură legătura electrică între partea fixă şi partea mobilă a maşinii electrice. Sunt realizate din praf de cărbune presat, din grafit presat sau din praf de cupru presat şi sunt montate în casete metalice denumite port perii.

Arborele rotorului, care este realizat din oţel, asigură transmiterea cuplului mecanic între sarcina mecanică şi miezul magnetic al rotorului.

Miezul magnetic al rotorului este realizat din tole de tablă silicioasă cu grosimea de 0,5 mm, fiind fixat pe arbore. Are o formă cilindrică, având la exterior o serie de crestături în care se dispun înfăşurările rotorice.

Colectorul este realizat sub formă de lamele din cupru de secţiune trapezoidală (la maşinile electrice de curent continuu) sau sub formă de inele colectoare (la maşinile electrice de curent alternativ).

Lamelele de ventilaţie sunt prevăzute la unele maşini electrice pentru asigurarea unei circulaţii de aer necesară răcirii.

În afară de aceste elemente componente, orice maşină electrică este prevăzută cu o cutie de borne, montată de regulă pe carcasă, la aceasta făcându-se legăturile electrice atât din interiorul maşinii cât şi cu reţeaua de alimentare sau cu sarcina.

Elementele constructive pot fi diferite ca aspect la diferite tipuri şi puteri de maşini dar vor avea totdeauna aceeaşi utilitate şi funcţie.