Z razvojem materialov s trajnimi magneti iz redkih zemelj v sedemdesetih letih so nastali motorji s trajnimi magneti iz redkih zemelj. Motorji s trajnimi magneti za vzbujanje uporabljajo trajne magnete redkih zemelj, trajni magneti pa lahko po magnetizaciji ustvarijo trajna magnetna polja. Njegova zmogljivost vzbujanja je odlična in je boljši od električnih vzbujevalnih motorjev v smislu stabilnosti, kakovosti in zmanjšanja izgub, kar je pretreslo tradicionalni trg motorjev.

V zadnjih letih se je s hitrim razvojem sodobne znanosti in tehnologije učinkovitost in tehnologija elektromagnetnih materialov, zlasti elektromagnetnih materialov redkih zemelj, postopoma izboljšala. Skupaj s hitrim razvojem močnostne elektronike, tehnologije prenosa moči in tehnologije avtomatskega krmiljenja je zmogljivost sinhronskih motorjev s trajnimi magneti vedno boljša.

Poleg tega imajo sinhroni motorji s trajnimi magneti prednosti majhne teže, preproste strukture, majhnosti, dobrih lastnosti in visoke gostote moči. Številne znanstvenoraziskovalne ustanove in podjetja aktivno izvajajo raziskave in razvoj sinhronih motorjev s trajnimi magneti, njihova področja uporabe pa se bodo še razširila.

1. Razvojna osnova sinhronskega motorja s trajnimi magneti

a. Uporaba visoko zmogljivih redkih zemeljskih trajnih magnetnih materialov

Trajni magnetni materiali redkih zemelj so šli skozi tri stopnje: SmCo5, Sm2Co17 in Nd2Fe14B. Trenutno so trajni magnetni materiali, ki jih predstavlja NdFeB, zaradi svojih odličnih magnetnih lastnosti postali najbolj razširjena vrsta redkih zemeljskih trajnih magnetnih materialov. Razvoj materialov s trajnimi magneti je spodbudil razvoj motorjev s trajnimi magneti.

V primerjavi s tradicionalnim trifaznim indukcijskim motorjem z električnim vzbujanjem trajni magnet nadomešča pol električnega vzbujanja, poenostavlja strukturo, odpravlja drsni obroč in krtačo rotorja, realizira brezkrtačno strukturo in zmanjšuje velikost rotorja. To izboljša gostoto moči, gostoto navora in delovno učinkovitost motorja ter naredi motor manjši in lažji, s čimer se dodatno razširi njegovo področje uporabe in spodbuja razvoj električnih motorjev v smeri večje moči.

b. Uporaba nove teorije nadzora

V zadnjih letih so se nadzorni algoritmi hitro razvili. Med njimi so vektorski krmilni algoritmi načeloma rešili problem vozne strategije AC motorjev, zaradi česar imajo AC motorji dobro krmilno zmogljivost. Pojav neposrednega nadzora navora poenostavi krmilno strukturo in ima značilnosti močne zmogljivosti vezja za spremembe parametrov in hitre hitrosti dinamičnega odziva navora. Tehnologija posrednega krmiljenja navora rešuje problem velikega pulziranja navora neposrednega navora pri nizki hitrosti ter izboljša hitrost in natančnost krmiljenja motorja.

c. Uporaba visokozmogljivih močnostnih elektronskih naprav in procesorjev

Sodobna tehnologija močnostne elektronike je pomemben vmesnik med informacijsko industrijo in tradicionalnimi industrijami ter most med šibkim tokom in nadzorovanim močnim tokom. Razvoj tehnologije močnostne elektronike omogoča realizacijo strategij krmiljenja pogonov.

V sedemdesetih letih 20. stoletja se je pojavila serija razsmernikov za splošno uporabo, ki so lahko pretvarjali industrijsko frekvenčno moč v variabilno frekvenčno moč z zvezno nastavljivo frekvenco in s tem ustvarili pogoje za variabilno frekvenčno regulacijo hitrosti izmeničnega toka. Ti pretvorniki imajo zmožnost mehkega zagona po nastavitvi frekvence in frekvenca se lahko dvigne od nič do nastavljene frekvence z določeno hitrostjo, hitrost naraščanja pa je mogoče nenehno prilagajati v širokem razponu, kar rešuje problem zagona sinhronskih motorjev.

2. Status razvoja sinhronih motorjev s trajnimi magneti doma in v tujini

Prvi motor v zgodovini je bil motor s trajnimi magneti. Takrat je bila zmogljivost materialov s trajnimi magneti razmeroma slaba, prisilna sila in remanenca trajnih magnetov pa sta bili premajhni, zato so jih kmalu zamenjali električni motorji na vzbujanje.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so redki zemeljski trajni magnetni materiali, ki jih predstavlja NdFeB, imeli veliko prisilno silo, remanenco, močno sposobnost razmagnetenja in velik produkt magnetne energije, zaradi česar so se na odru zgodovine pojavili visoko zmogljivi sinhronski motorji s trajnimi magneti. Zdaj postajajo raziskave o sinhronih motorjih s trajnimi magneti vse bolj zrele in se razvijajo v smeri visoke hitrosti, visokega navora, visoke moči in visoke učinkovitosti.

V zadnjih letih so se z močnimi naložbami domačih znanstvenikov in vlade hitro razvili sinhronski motorji s trajnimi magneti. Z razvojem mikroračunalniške tehnologije in tehnologije avtomatskega krmiljenja so se sinhroni motorji s trajnimi magneti pogosto uporabljali na različnih področjih. Zaradi napredka družbe so zahteve ljudi po sinhronih motorjih s trajnimi magneti postale strožje, kar je spodbudilo razvoj motorjev s trajnimi magneti v smeri večjega območja regulacije hitrosti in večje natančnosti nadzora. Zaradi izboljšanja trenutnih proizvodnih procesov so bili visoko zmogljivi materiali s trajnimi magneti nadalje razviti. To močno zniža stroške in ga postopoma uporablja na različnih področjih življenja.

3. Trenutna tehnologija

a. Tehnologija zasnove sinhronskega motorja s trajnim magnetom

V primerjavi z navadnimi električnimi vzbujalnimi motorji sinhroni motorji s trajnimi magneti nimajo električnih vzbujevalnih navitij, kolektorskih obročev in vzbujalnih omaric, kar močno izboljša ne le stabilnost in zanesljivost, temveč tudi učinkovitost.

Med njimi imajo vgrajeni motorji s trajnimi magneti prednosti visoke učinkovitosti, visokega faktorja moči, visoke gostote moči enote, močne šibke magnetne zmožnosti širitve hitrosti in hitre dinamične hitrosti odziva, zaradi česar so idealna izbira za pogonske motorje.

Trajni magneti zagotavljajo celotno vzbujevalno magnetno polje motorjev s trajnimi magneti, vrtilni moment pa poveča vibracije in hrup motorja med delovanjem. Prevelik vrtilni moment bo vplival na delovanje sistema za nadzor hitrosti motorja pri nizki hitrosti in na visoko natančno pozicioniranje sistema za nadzor položaja. Zato je treba pri načrtovanju motorja z optimizacijo motorja čim bolj zmanjšati vrtilni moment zobnika.

Glede na raziskave splošne metode za zmanjšanje vrtilnega momenta vključujejo spreminjanje koeficienta loka pola, zmanjšanje širine reže statorja, ujemanje poševne reže in reže pola, spreminjanje položaja, velikosti in oblike magnetnega pola itd. , je treba opozoriti, da lahko zmanjšanje vrtilnega momenta vpliva na druge zmogljivosti motorja, na primer elektromagnetni moment se lahko ustrezno zmanjša. Zato je treba pri načrtovanju čim bolj uravnotežiti različne dejavnike, da se doseže najboljša zmogljivost motorja.

b. Tehnologija simulacije sinhronega motorja s trajnim magnetom

Prisotnost trajnih magnetov v motorjih s trajnimi magneti načrtovalcem otežuje izračun parametrov, kot je zasnova koeficienta toka uhajanja brez obremenitve in koeficient polnega loka. Na splošno se programska oprema za analizo končnih elementov uporablja za izračun in optimizacijo parametrov motorjev s trajnimi magneti. Programska oprema za analizo končnih elementov lahko zelo natančno izračuna parametre motorja in jo je zelo zanesljivo uporabljati za analizo vpliva parametrov motorja na zmogljivost.

Metoda končnih elementov nam omogoča lažji, hitrejši in natančnejši izračun in analizo elektromagnetnega polja motorjev. To je numerična metoda, razvita na podlagi diferenčne metode in se pogosto uporablja v znanosti in tehniki. Uporabite matematične metode za diskretizacijo nekaterih zveznih domen rešitev v skupine enot in nato interpolacijo v vsaki enoti. Na ta način se oblikuje linearna interpolacijska funkcija, to je aproksimativna funkcija, ki se simulira in analizira s pomočjo končnih elementov, kar nam omogoča intuitivno opazovanje smeri magnetnih silnic in porazdelitve gostote magnetnega pretoka znotraj motorja.

c. Tehnologija krmiljenja sinhronega motorja s trajnim magnetom

Izboljšanje zmogljivosti motornih pogonskih sistemov je prav tako zelo pomembno za razvoj področja industrijskega nadzora. Omogoča, da sistem deluje pri najboljši zmogljivosti. Njegove osnovne lastnosti se odražajo v nizkem številu vrtljajev, predvsem pri hitrem zagonu, statičnem pospeševanju ipd., lahko oddaja velik navor; in pri vožnji z visoko hitrostjo lahko doseže konstanten nadzor hitrosti moči v širokem razponu. Tabela 1 primerja delovanje več glavnih motorjev.

Kot je razvidno iz tabele 1, imajo motorji s trajnimi magneti dobro zanesljivost, širok razpon hitrosti in visoko učinkovitost. V kombinaciji z ustrezno metodo krmiljenja lahko celoten motorni sistem doseže najboljšo zmogljivost. Zato je treba izbrati ustrezen regulacijski algoritem za doseganje učinkovite regulacije vrtilne frekvence, da lahko motorni pogonski sistem deluje v razmeroma širokem območju regulacije vrtilne frekvence in konstantnem območju moči.

Metoda vektorskega krmiljenja se pogosto uporablja v algoritmu za krmiljenje hitrosti motorja s trajnimi magneti. Ima prednosti širokega območja regulacije hitrosti, visoke učinkovitosti, visoke zanesljivosti, dobre stabilnosti in dobrih gospodarskih koristi. Široko se uporablja v motornem pogonu, železniškem prometu in servo obdelovalnih strojih. Zaradi različnih uporab je drugačna tudi trenutna sprejeta strategija nadzora vektorjev.

4. Značilnosti sinhronskega motorja s trajnimi magneti

Sinhroni motor s trajnim magnetom ima preprosto strukturo, nizke izgube in visok faktor moči. V primerjavi z električnim vzbujevalnim motorjem, ker ni ščetk, komutatorjev in drugih naprav, ni potreben reaktivni vzbujalni tok, zato sta statorski tok in izguba upora manjši, učinkovitost je višja, vzbujevalni navor je večji in krmilna zmogljivost je boljši. Vendar pa obstajajo slabosti, kot so visoki stroški in težave pri zagonu. Zaradi uporabe krmilne tehnologije v motorjih, zlasti uporabe vektorskih krmilnih sistemov, lahko sinhroni motorji s trajnimi magneti dosežejo široko regulacijo hitrosti, hiter dinamični odziv in visoko natančno krmiljenje položaja, zato bodo sinhroni motorji s trajnimi magneti privabili več ljudi k izvajanju obsežne raziskave.

5. Tehnične značilnosti sinhronskega motorja s trajnim magnetom Anhui Mingteng

a. Motor ima visok faktor moči in visoko kakovost električnega omrežja. Kompenzator faktorja moči ni potreben, zmogljivost opreme transformatorske postaje pa je mogoče v celoti izkoristiti;

b. Motor s trajnimi magneti vzbujajo trajni magneti in deluje sinhrono. Pri pogonu ventilatorjev in črpalk ni utripanja hitrosti in upor cevovoda se ne poveča;

c. Motor s trajnim magnetom je mogoče oblikovati z visokim začetnim navorom (več kot 3-krat) in visoko preobremenitveno zmogljivostjo po potrebi, s čimer se reši pojav "velikega konja, ki vleče majhen voziček";

d. Reaktivni tok navadnega asinhronega motorja je na splošno približno 0,5-0,7-krat večji od nazivnega toka. Sinhroni motor s trajnim magnetom Mingteng ne potrebuje vzbujalnega toka. Reaktivni tok motorja s trajnim magnetom in asinhronega motorja je približno 50% drugačen, dejanski delovni tok pa je približno 15% nižji kot pri asinhronem motorju;

e. Motor je lahko zasnovan za neposredni zagon, zunanje vgradne mere pa so enake kot pri trenutno razširjenih asinhronih motorjih, ki lahko v celoti nadomestijo asinhrone motorje;

f. Če dodate gonilnik, lahko dosežete mehak zagon, mehko zaustavitev in brezstopenjsko regulacijo hitrosti z dobrim dinamičnim odzivom in dodatno izboljšanim učinkom varčevanja z energijo;

g. Motor ima številne topološke strukture, ki neposredno izpolnjujejo temeljne zahteve mehanske opreme v širokem razponu in pod ekstremnimi pogoji;

h. Da bi izboljšali učinkovitost sistema, skrajšali prenosno verigo in zmanjšali stroške vzdrževanja, je mogoče sinhrone motorje s trajnim magnetom z direktnim pogonom pri visokih in nizkih hitrostih oblikovati in izdelati tako, da izpolnjujejo višje zahteve uporabnikov.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery&Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) je bilo ustanovljeno leta 2007. Je visokotehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo ultravisoko učinkovitih sinhronskih motorjev s trajnimi magneti. Podjetje uporablja sodobno teorijo zasnove motorjev, profesionalno programsko opremo za načrtovanje in samorazvit program za načrtovanje motorjev s trajnimi magneti za simulacijo elektromagnetnega polja, polja tekočine, temperaturnega polja, polja napetosti itd. motorja s trajnimi magneti, optimizacijo strukture magnetnega vezja, izboljšanje raven energetske učinkovitosti motorja in v osnovi zagotavljajo zanesljivo uporabo motorja s trajnimi magneti.

Avtorske pravice: Ta članek je ponatis javne številke WeChat »Motor Alliance«, prvotne povezavehttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Ta članek ne predstavlja stališč našega podjetja. Če imate drugačna mnenja ali poglede, nas popravite!