S vývojom materiálov s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín v 70. rokoch 20. storočia sa objavili motory s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín. Motory s permanentnými magnetmi používajú na budenie permanentné magnety zo vzácnych zemín a permanentné magnety dokážu po zmagnetizovaní generovať permanentné magnetické polia. Ich budiaci výkon je vynikajúci a z hľadiska stability, kvality a zníženia strát prevyšuje elektrické budiace motory, čo otriaslo trhom s tradičnými motormi.

V posledných rokoch sa s rýchlym rozvojom modernej vedy a techniky postupne zlepšuje výkon a technológia elektromagnetických materiálov, najmä elektromagnetických materiálov zo vzácnych zemín. Spolu s rýchlym rozvojom výkonovej elektroniky, technológie prenosu energie a technológie automatického riadenia sa výkon synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi neustále zlepšuje.

Okrem toho majú synchrónne motory s permanentnými magnetmi výhody nízkej hmotnosti, jednoduchej konštrukcie, malých rozmerov, dobrých charakteristík a vysokej hustoty výkonu. Mnoho vedeckých výskumných inštitúcií a podnikov aktívne vykonáva výskum a vývoj synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi a ich oblasti použitia sa budú ďalej rozširovať.

1. Vývojový základ synchrónneho motora s permanentným magnetom

a.Použitie vysokovýkonných materiálov s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín

Materiály s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín prešli tromi fázami: SmCo5, Sm2Co17 a Nd2Fe14B. V súčasnosti sa materiály s permanentnými magnetmi, ktoré predstavuje NdFeB, stali najpoužívanejším typom materiálov s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín vďaka svojim vynikajúcim magnetickým vlastnostiam. Vývoj materiálov s permanentnými magnetmi viedol k vývoju motorov s permanentnými magnetmi.

V porovnaní s tradičným trojfázovým indukčným motorom s elektrickým budením permanentný magnet nahrádza elektrický budiaci pól, zjednodušuje konštrukciu, eliminuje klzný krúžok a kefu rotora, dosahuje bezkefkovú štruktúru a zmenšuje veľkosť rotora. To zlepšuje hustotu výkonu, hustotu krútiaceho momentu a pracovnú účinnosť motora a robí motor menším a ľahším, čím ďalej rozširuje jeho oblasť použitia a podporuje vývoj elektromotorov smerom k vyššiemu výkonu.

b.Aplikácia novej teórie riadenia

V posledných rokoch sa riadiace algoritmy rýchlo rozvíjali. Medzi nimi algoritmy vektorového riadenia v princípe vyriešili problém stratégie riadenia striedavých motorov, vďaka čomu majú striedavé motory dobrý riadiaci výkon. Vznik priameho riadenia krútiaceho momentu zjednodušuje štruktúru riadenia a vyznačuje sa silným obvodovým výkonom pri zmenách parametrov a rýchlou dynamickou odozvou krútiaceho momentu. Technológia nepriameho riadenia krútiaceho momentu rieši problém veľkých pulzácií krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach a zlepšuje rýchlosť a presnosť riadenia motora.

c.Použitie vysokovýkonných výkonových elektronických zariadení a procesorov

Moderná technológia výkonovej elektroniky je dôležitým rozhraním medzi informačným priemyslom a tradičnými priemyselnými odvetviami a mostom medzi slaboprúdom a riadeným silným prúdom. Vývoj technológie výkonovej elektroniky umožňuje realizáciu stratégií riadenia pohonov.

V 70. rokoch 20. storočia sa objavila séria univerzálnych meničov, ktoré dokázali premieňať výkon priemyselnej frekvencie na výkon s premenlivou frekvenciou s plynule nastaviteľnou frekvenciou, čím vytvorili podmienky pre reguláciu otáčok striedavého prúdu s premenlivou frekvenciou. Tieto meniče majú schopnosť mäkkého štartu po nastavení frekvencie a frekvencia sa môže zvyšovať z nuly na nastavenú frekvenciu určitou rýchlosťou a rýchlosť nárastu sa dá plynule nastavovať v širokom rozsahu, čím sa rieši problém spúšťania synchrónnych motorov.

2. Stav vývoja synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi doma aj v zahraničí

Prvým motorom v histórii bol motor s permanentnými magnetmi. V tom čase bol výkon materiálov s permanentnými magnetmi relatívne nízky a koercitívna sila a remanencia permanentných magnetov boli príliš nízke, takže boli čoskoro nahradené motormi s elektrickým budením.

V 70. rokoch 20. storočia mali materiály s permanentnými magnetmi vzácnych zemín, ako napríklad NdFeB, veľkú koercitívnu silu, remanenciu, silnú demagnetizačnú schopnosť a veľký magnetický energetický produkt, vďaka čomu sa na scéne histórie objavili vysokovýkonné synchrónne motory s permanentnými magnetmi. V súčasnosti je výskum synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi čoraz zrelší a vyvíja sa smerom k vysokej rýchlosti, vysokému krútiacemu momentu, vysokému výkonu a vysokej účinnosti.

V posledných rokoch sa vďaka silným investíciám domácich vedcov a vlády rýchlo rozvíjali synchrónne motory s permanentnými magnetmi. S rozvojom mikropočítačovej technológie a technológie automatického riadenia sa synchrónne motory s permanentnými magnetmi široko používajú v rôznych oblastiach. Vďaka pokroku spoločnosti sa požiadavky ľudí na synchrónne motory s permanentnými magnetmi sprísnili, čo viedlo motory s permanentnými magnetmi k vývoju smerom k väčšiemu rozsahu regulácie rýchlosti a presnejšiemu riadeniu. Vďaka zlepšeniu súčasných výrobných procesov sa ďalej vyvíjali vysokovýkonné materiály s permanentnými magnetmi. To výrazne znižuje ich náklady a postupne ich uplatňuje v rôznych oblastiach života.

3. Súčasná technológia

a. Technológia návrhu synchrónneho motora s permanentnými magnetmi

V porovnaní s bežnými elektrickými budiacimi motormi nemajú synchrónne motory s permanentnými magnetmi žiadne elektrické budiace vinutia, kolektorové krúžky a budiace skrinky, čo výrazne zlepšuje nielen stabilitu a spoľahlivosť, ale aj účinnosť.

Medzi nimi majú vstavané motory s permanentnými magnetmi výhody vysokej účinnosti, vysokého účinníka, vysokej hustoty výkonu jednotky, silnej schopnosti rozširovania rýchlosti pri slabých magnetoch a rýchlej dynamickej odozvy, čo z nich robí ideálnu voľbu pre pohon motorov.

Permanentné magnety zabezpečujú celé budiace magnetické pole motorov s permanentnými magnetmi a krútiaci moment ozubenia zvyšuje vibrácie a hluk motora počas prevádzky. Nadmerný krútiaci moment ozubenia ovplyvní nízkorýchlostný výkon systému riadenia otáčok motora a vysoko presné polohovanie systému riadenia polohy. Preto by sa pri navrhovaní motora mal krútiaci moment ozubenia čo najviac znížiť optimalizáciou motora.

Podľa výskumu medzi všeobecné metódy na zníženie krútiaceho momentu pri ozubení patrí zmena koeficientu pólového oblúka, zníženie šírky drážky statora, prispôsobenie šikmej drážky a pólovej drážky, zmena polohy, veľkosti a tvaru magnetického pólu atď. Treba však poznamenať, že zníženie krútiaceho momentu pri ozubení môže ovplyvniť iné vlastnosti motora, napríklad sa môže zodpovedajúcim spôsobom znížiť elektromagnetický krútiaci moment. Preto by sa pri navrhovaní mali čo najviac vyvážiť rôzne faktory, aby sa dosiahol čo najlepší výkon motora.

b.Technológia simulácie synchrónneho motora s permanentným magnetom

Prítomnosť permanentných magnetov v motoroch s permanentnými magnetmi sťažuje konštruktérom výpočet parametrov, ako je napríklad návrh koeficientu rozptylu toku bez záťaže a koeficientu pólového oblúka. Vo všeobecnosti sa na výpočet a optimalizáciu parametrov motorov s permanentnými magnetmi používa softvér na analýzu konečných prvkov. Softvér na analýzu konečných prvkov dokáže veľmi presne vypočítať parametre motora a je veľmi spoľahlivý na analýzu vplyvu parametrov motora na výkon.

Metóda výpočtu konečných prvkov nám uľahčuje, zrýchľuje a sprísňuje výpočet a analýzu elektromagnetického poľa motorov. Ide o numerickú metódu vyvinutú na základe diferenčnej metódy, ktorá sa široko používa vo vede a technike. Matematické metódy sa používajú na diskretizáciu niektorých spojitých riešených oblastí do skupín jednotiek a následnú interpoláciu v každej jednotke. Týmto spôsobom sa vytvorí lineárna interpolačná funkcia, teda približná funkcia sa simuluje a analyzuje pomocou konečných prvkov, čo nám umožňuje intuitívne pozorovať smer siločiar magnetického poľa a rozloženie hustoty magnetického toku vo vnútri motora.

c.Technológia riadenia synchrónneho motora s permanentným magnetom

Zlepšenie výkonu systémov motorových pohonov má tiež veľký význam pre rozvoj oblasti priemyselného riadenia. Umožňuje riadiť systém s najlepším výkonom. Jeho základné charakteristiky sa odrážajú v nízkej rýchlosti, najmä v prípade rýchleho rozbehu, statického zrýchlenia atď., dokáže vyvinúť veľký krútiaci moment; a pri jazde vysokou rýchlosťou dokáže dosiahnuť konštantnú reguláciu výkonu a otáčok v širokom rozsahu. Tabuľka 1 porovnáva výkon niekoľkých hlavných motorov.

Ako je vidieť z tabuľky 1, motory s permanentnými magnetmi majú dobrú spoľahlivosť, široký rozsah otáčok a vysokú účinnosť. V kombinácii s príslušnou metódou riadenia môže celý systém motora dosiahnuť najlepší výkon. Preto je potrebné zvoliť vhodný riadiaci algoritmus na dosiahnutie efektívnej regulácie otáčok, aby systém pohonu motora mohol pracovať v relatívne širokom rozsahu regulácie otáčok a konštantnom rozsahu výkonu.

Metóda vektorového riadenia sa široko používa v algoritme riadenia otáčok motorov s permanentnými magnetmi. Má výhody širokého rozsahu regulácie otáčok, vysokej účinnosti, vysokej spoľahlivosti, dobrej stability a dobrých ekonomických výhod. Široko sa používa v motorových pohonoch, železničnej doprave a servopohonoch obrábacích strojov. Vzhľadom na rôzne použitia sa líši aj súčasná stratégia vektorového riadenia.

4. Charakteristiky synchrónneho motora s permanentnými magnetmi

Synchrónny motor s permanentnými magnetmi má jednoduchú štruktúru, nízke straty a vysoký účinník. V porovnaní s elektrickým budiacim motorom nie je potrebný jalový budiaci prúd, pretože neobsahuje kefy, komutátory a iné zariadenia, takže straty statora a odporu sú menšie, účinnosť je vyššia, budiaci moment je väčší a regulačný výkon je lepší. Existujú však aj nevýhody, ako sú vysoké náklady a ťažkosti so štartovaním. Vďaka použitiu riadiacej technológie v motoroch, najmä aplikácii vektorových riadiacich systémov, môžu synchrónne motory s permanentnými magnetmi dosiahnuť široký rozsah regulácie otáčok, rýchlu dynamickú odozvu a vysoko presné riadenie polohovania, takže synchrónne motory s permanentnými magnetmi prilákajú viac ľudí k rozsiahlemu výskumu.

5. Technické vlastnosti synchrónneho motora s permanentným magnetom Anhui Mingteng

a. Motor má vysoký účinník a vysoký faktor kvality elektrickej siete. Nie je potrebný žiadny kompenzátor účinníka a kapacita zariadenia rozvodne sa dá plne využiť.

b. Motor s permanentnými magnetmi je budený permanentnými magnetmi a pracuje synchrónne. Nedochádza k pulzácii otáčok a pri prevádzke ventilátorov a čerpadiel sa nezvyšuje odpor potrubia.

c. Motor s permanentnými magnetmi môže byť navrhnutý s vysokým rozbehovým krútiacim momentom (viac ako 3-násobok) a vysokou preťažiteľnosťou podľa potreby, čím sa rieši jav „veľký kôň ťahajúci malý vozík“;

d. Relačný prúd bežného asynchrónneho motora je vo všeobecnosti približne 0,5-0,7-násobok menovitého prúdu. Synchrónny motor s permanentnými magnetmi Mingteng nepotrebuje budiaci prúd. Relačný prúd motora s permanentnými magnetmi a asynchrónneho motora sa líši približne o 50 % a skutočný prevádzkový prúd je približne o 15 % nižší ako u asynchrónneho motora.

e. Motor môže byť navrhnutý tak, aby sa spúšťal priamo, a vonkajšie inštalačné rozmery sú rovnaké ako rozmery v súčasnosti bežne používaných asynchrónnych motorov, ktoré môžu plne nahradiť asynchrónne motory;

f. Pridaním ovládača je možné dosiahnuť mäkký štart, mäkké zastavenie a plynulú reguláciu rýchlosti s dobrou dynamickou odozvou a ďalším zlepšením úspory energie;

g) Motor má mnoho topologických štruktúr, ktoré priamo spĺňajú základné požiadavky mechanických zariadení v širokom rozsahu a za extrémnych podmienok;

h. Aby sa zlepšila účinnosť systému, skrátil prenosový reťazec a znížili náklady na údržbu, je možné navrhnúť a vyrobiť synchrónne motory s permanentnými magnetmi s priamym pohonom s vysokými a nízkymi otáčkami tak, aby spĺňali vyššie požiadavky používateľov.

Spoločnosť Anhui Mingteng s permanentnými magnetickými strojmi a elektrickými zariadeniami, s.r.o. (https://www.mingtengmotor.com/) bola založená v roku 2007. Je to high-tech podnik špecializujúci sa na výskum a vývoj, výrobu a predaj ultra vysokoúčinných synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi. Spoločnosť využíva modernú teóriu návrhu motorov, profesionálny návrhový softvér a vlastnoručne vyvinutý program na návrh motorov s permanentnými magnetmi na simuláciu elektromagnetického poľa, fluidného poľa, teplotného poľa, napäťového poľa atď. motora s permanentnými magnetmi, optimalizáciu štruktúry magnetického obvodu, zlepšenie úrovne energetickej účinnosti motora a zásadné zabezpečenie spoľahlivého používania motora s permanentnými magnetmi.

Autorské práva: Tento článok je dotlačou verejného čísla WeChat „Motor Alliance“, pôvodný odkazhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!