Odată cu dezvoltarea materialelor cu magneți permanenți din pământuri rare în anii 1970, au apărut motoarele cu magneți permanenți din pământuri rare. Motoarele cu magneți permanenți utilizează magneți permanenți din pământuri rare pentru excitație, iar magneții permanenți pot genera câmpuri magnetice permanente după magnetizare. Performanța lor de excitație este excelentă și este superioară motoarelor electrice de excitație în ceea ce privește stabilitatea, calitatea și reducerea pierderilor, ceea ce a zdruncinat piața motoarelor tradiționale.

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei moderne, performanța și tehnologia materialelor electromagnetice, în special a materialelor electromagnetice din pământuri rare, au fost îmbunătățite treptat. Împreună cu dezvoltarea rapidă a electronicii de putere, a tehnologiei de transmisie a puterii și a tehnologiei de control automat, performanța motoarelor sincrone cu magneți permanenți este din ce în ce mai bună.

În plus, motoarele sincrone cu magneți permanenți au avantajele greutății reduse, structurii simple, dimensiunilor reduse, caracteristicilor bune și densității mari de putere. Multe instituții de cercetare științifică și întreprinderi desfășoară activ cercetarea și dezvoltarea motoarelor sincrone cu magneți permanenți, iar domeniile lor de aplicare vor fi extinse în continuare.

1. Bazele dezvoltării motorului sincron cu magneți permanenți

a. Aplicarea materialelor magnetice permanente din pământuri rare de înaltă performanță

Materialele magnetice permanente din pământuri rare au trecut prin trei etape: SmCo5, Sm2Co17 și Nd2Fe14B. În prezent, materialele magnetice permanente reprezentate de NdFeB au devenit cel mai utilizat tip de materiale magnetice permanente din pământuri rare datorită proprietăților lor magnetice excelente. Dezvoltarea materialelor magnetice permanente a impulsionat dezvoltarea motoarelor cu magneți permanenți.

Comparativ cu motorul tradițional trifazat cu inducție cu excitație electrică, magnetul permanent înlocuiește polul de excitație electrică, simplifică structura, elimină inelul alunecător și peria rotorului, realizează structura fără perii și reduce dimensiunea rotorului. Acest lucru îmbunătățește densitatea de putere, densitatea de cuplu și eficiența de funcționare a motorului și face motorul mai mic și mai ușor, extinzându-i în continuare domeniul de aplicare și promovând dezvoltarea motoarelor electrice către o putere mai mare.

b. Aplicarea noii teorii a controlului

În ultimii ani, algoritmii de control s-au dezvoltat rapid. Printre aceștia, algoritmii de control vectorial au rezolvat în principiu problema strategiei de acționare a motoarelor de curent alternativ, oferind motoarelor de curent alternativ performanțe bune de control. Apariția controlului direct al cuplului simplifică structura de control și prezintă caracteristici precum performanțe puternice ale circuitului pentru modificările parametrilor și o viteză mare de răspuns dinamic al cuplului. Tehnologia de control indirect al cuplului rezolvă problema pulsațiilor mari ale cuplului direct la viteză mică și îmbunătățește viteza și precizia controlului motorului.

c. Aplicarea dispozitivelor și procesoarelor electronice de putere de înaltă performanță

Tehnologia modernă a electronicii de putere reprezintă o interfață importantă între industria informației și industriile tradiționale și o punte între curentul slab și curentul puternic controlat. Dezvoltarea tehnologiei electronicii de putere permite realizarea strategiilor de control al acționărilor.

În anii 1970, a apărut o serie de invertoare de uz general, care puteau converti puterea de frecvență industrială în putere de frecvență variabilă cu frecvență reglabilă continuu, creând astfel condiții pentru reglarea vitezei de frecvență variabilă a energiei de curent alternativ. Aceste invertoare au capacitate de pornire lină după setarea frecvenței, iar frecvența poate crește de la zero la frecvența setată într-o anumită rată, iar rata de creștere poate fi ajustată continuu într-un interval larg, rezolvând problema pornirii motoarelor sincrone.

2. Stadiul de dezvoltare al motoarelor sincrone cu magneți permanenți în țară și în străinătate

Primul motor din istorie a fost un motor cu magneți permanenți. La acea vreme, performanța materialelor cu magneți permanenți era relativ slabă, iar forța coercitivă și remanența magneților permanenți erau prea mici, așa că au fost curând înlocuiți de motoare electrice de excitație.

În anii 1970, materialele magnetice permanente din pământuri rare, reprezentate de NdFeB, aveau o forță coercitivă mare, remanență, capacitate puternică de demagnetizare și un produs energetic magnetic mare, ceea ce a făcut ca motoarele sincrone cu magneți permanenți de mare putere să apară pe scena istoriei. În prezent, cercetarea privind motoarele sincrone cu magneți permanenți devine din ce în ce mai matură și se dezvoltă către viteză mare, cuplu mare, putere mare și eficiență ridicată.

În ultimii ani, datorită investițiilor puternice ale cercetătorilor autohtoni și ale guvernului, motoarele sincrone cu magneți permanenți s-au dezvoltat rapid. Odată cu dezvoltarea tehnologiei microcomputerelor și a tehnologiei de control automat, motoarele sincrone cu magneți permanenți au fost utilizate pe scară largă în diverse domenii. Datorită progresului societății, cerințele oamenilor privind motoarele sincrone cu magneți permanenți au devenit mai stringente, determinând motoarele cu magneți permanenți să se dezvolte către o gamă mai mare de reglare a vitezei și un control de precizie mai mare. Datorită îmbunătățirii proceselor de producție actuale, materialele cu magneți permanenți de înaltă performanță au fost dezvoltate în continuare. Acest lucru reduce considerabil costul acestora și le aplică treptat în diverse domenii ale vieții.

3. Tehnologia actuală

a. Tehnologia de proiectare a motoarelor sincrone cu magneți permanenți

Comparativ cu motoarele electrice de excitație obișnuite, motoarele sincrone cu magneți permanenți nu au înfășurări electrice de excitație, inele colectoare și dulapuri de excitație, ceea ce îmbunătățește considerabil nu numai stabilitatea și fiabilitatea, ci și eficiența.

Printre acestea, motoarele cu magneți permanenți încorporați au avantajele unei eficiențe ridicate, a unui factor de putere ridicat, a unei densități mari de putere a unității, a unei capacități puternice de extindere a vitezei magnetice slabe și a unei viteze rapide de răspuns dinamic, ceea ce le face o alegere ideală pentru acționarea motoarelor.

Magneții permanenți furnizează întregul câmp magnetic de excitație al motoarelor cu magneți permanenți, iar cuplul de cogging va crește vibrațiile și zgomotul motorului în timpul funcționării. Cuplul de cogging excesiv va afecta performanța la turații reduse a sistemului de control al vitezei motorului și poziționarea de înaltă precizie a sistemului de control al poziției. Prin urmare, la proiectarea motorului, cuplul de cogging ar trebui redus cât mai mult posibil prin optimizarea motorului.

Conform cercetărilor, metodele generale de reducere a cuplului de deformare includ modificarea coeficientului arcului polar, reducerea lățimii fantei statorului, potrivirea fantei oblice cu fantei polar, modificarea poziției, dimensiunii și formei polului magnetic etc. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că reducerea cuplului de deformare poate afecta alte performanțe ale motorului, cum ar fi scăderea corespunzătoare a cuplului electromagnetic. Prin urmare, la proiectare, diverși factori ar trebui echilibrați pe cât posibil pentru a obține cea mai bună performanță a motorului.

b. Tehnologie de simulare a motorului sincron cu magneți permanenți

Prezența magneților permanenți în motoarele cu magneți permanenți face dificilă calcularea parametrilor de către proiectanți, cum ar fi proiectarea coeficientului de flux de scurgere în gol și a coeficientului de arc polar. În general, software-ul de analiză cu elemente finite este utilizat pentru a calcula și optimiza parametrii motoarelor cu magneți permanenți. Software-ul de analiză cu elemente finite poate calcula parametrii motorului foarte precis și este foarte fiabil să fie utilizat pentru a analiza impactul parametrilor motorului asupra performanței.

Metoda de calcul cu elemente finite facilitează, rapidizează și precisează calcularea și analiza câmpului electromagnetic al motoarelor. Aceasta este o metodă numerică dezvoltată pe baza metodei diferenței și a fost utilizată pe scară largă în știință și inginerie. Se utilizează metode matematice pentru a discretiza anumite domenii de soluții continue în grupuri de unități, apoi interpolează în fiecare unitate. În acest fel, se formează o funcție de interpolare liniară, adică se simulează și se analizează o funcție aproximativă folosind elemente finite, ceea ce ne permite să observăm intuitiv direcția liniilor de câmp magnetic și distribuția densității fluxului magnetic în interiorul motorului.

c. Tehnologie de control al motorului sincron cu magneți permanenți

Îmbunătățirea performanței sistemelor de acționare a motoarelor este, de asemenea, de mare importanță pentru dezvoltarea domeniului controlului industrial. Aceasta permite ca sistemul să fie acționat la cele mai bune performanțe. Caracteristicile sale de bază se reflectă în viteza redusă, în special în cazul pornirii rapide, accelerării statice etc., putând genera un cuplu mare; iar atunci când funcționează la viteză mare, poate realiza un control constant al vitezei într-o gamă largă. Tabelul 1 compară performanța mai multor motoare importante.

După cum se poate observa din Tabelul 1, motoarele cu magneți permanenți au o fiabilitate bună, o gamă largă de viteze și o eficiență ridicată. Dacă sunt combinate cu metoda de control corespunzătoare, întregul sistem motor poate obține cele mai bune performanțe. Prin urmare, este necesar să se selecteze un algoritm de control adecvat pentru a obține o reglare eficientă a vitezei, astfel încât sistemul de acționare a motorului să poată funcționa într-o zonă de reglare a vitezei relativ largă și într-un interval de putere constant.

Metoda de control vectorial este utilizată pe scară largă în algoritmul de control al vitezei motoarelor cu magneți permanenți. Aceasta are avantajele unei game largi de reglare a vitezei, eficienței ridicate, fiabilității ridicate, stabilității bune și beneficiilor economice bune. Este utilizată pe scară largă în acționarea motoarelor, transportul feroviar și servo-mașinile-unelte. Datorită utilizărilor diferite, strategia actuală de control vectorial este, de asemenea, diferită.

4. Caracteristicile motorului sincron cu magneți permanenți

Motorul sincron cu magneți permanenți are o structură simplă, pierderi reduse și factor de putere ridicat. Comparativ cu motorul electric de excitație, deoarece nu există perii, comutatoare și alte dispozitive, nu este necesar curent de excitație reactiv, astfel încât curentul statoric și pierderea de rezistență sunt mai mici, eficiența este mai mare, cuplul de excitație este mai mare, iar performanța de control este mai bună. Cu toate acestea, există dezavantaje precum costul ridicat și dificultatea pornirii. Datorită aplicării tehnologiei de control în motoare, în special a aplicării sistemelor de control vectorial, motoarele sincrone cu magneți permanenți pot realiza o reglare a vitezei pe o gamă largă, un răspuns dinamic rapid și un control al poziționării de înaltă precizie, astfel încât motoarele sincrone cu magneți permanenți vor atrage mai mulți oameni pentru a efectua cercetări ample.

5. Caracteristicile tehnice ale motorului sincron cu magneți permanenți Anhui Mingteng

a. Motorul are un factor de putere ridicat și un factor de calitate ridicat al rețelei electrice. Nu este necesar un compensator al factorului de putere, iar capacitatea echipamentului substației poate fi utilizată complet;

b. Motorul cu magneți permanenți este excitat de magneți permanenți și funcționează sincron. Nu există pulsații de viteză, iar rezistența conductei nu crește atunci când ventilatoarele și pompele sunt acționate;

c. Motorul cu magnet permanent poate fi proiectat cu un cuplu de pornire ridicat (de peste 3 ori) și o capacitate mare de suprasarcină, după cum este necesar, rezolvând astfel fenomenul „cal mare trăgând o căruță mică”;

d. Curentul reactiv al unui motor asincron obișnuit este, în general, de aproximativ 0,5-0,7 ori curentul nominal. Motorul sincron cu magnet permanent Mingteng nu necesită curent de excitație. Curentul reactiv al motorului cu magnet permanent și al motorului asincron este cu aproximativ 50% diferit, iar curentul real de funcționare este cu aproximativ 15% mai mic decât cel al motorului asincron;

e. Motorul poate fi proiectat să pornească direct, iar dimensiunile externe de instalare sunt aceleași cu cele ale motoarelor asincrone utilizate pe scară largă în prezent, care pot înlocui complet motoarele asincrone;

f. Adăugarea unui driver poate realiza pornire lină, oprire lină și reglare continuă a vitezei, cu un răspuns dinamic bun și un efect de economisire a energiei îmbunătățit în continuare;

g. Motorul are numeroase structuri topologice, care îndeplinesc în mod direct cerințele fundamentale ale echipamentelor mecanice într-o gamă largă și în condiții extreme;

h. Pentru a îmbunătăți eficiența sistemului, a scurta lanțul de transmisie și a reduce costurile de întreținere, motoarele sincrone cu magneți permanenți cu acționare directă de mare și mică viteză pot fi proiectate și fabricate pentru a satisface cerințele mai înalte ale utilizatorilor.

Anhui Mingteng Magnetic Permanent Mașini și Echipamente Electrice Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) a fost înființată în 2007. Este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în cercetarea și dezvoltarea, producția și vânzarea de motoare sincrone cu magneți permanenți de ultra-înaltă eficiență. Compania utilizează teoria modernă a proiectării motoarelor, software profesional de proiectare și un program de proiectare a motoarelor cu magneți permanenți dezvoltat în cadrul companiei pentru a simula câmpul electromagnetic, câmpul fluidelor, câmpul de temperatură, câmpul de stres etc. ale motorului cu magneți permanenți, pentru a optimiza structura circuitului magnetic, pentru a îmbunătăți nivelul de eficiență energetică al motorului și pentru a asigura în mod fundamental utilizarea fiabilă a motorului cu magneți permanenți.

Drepturi de autor: Acest articol este o retipărire a numărului public WeChat „Motor Alliance”, linkul originalhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Acest articol nu reprezintă opiniile companiei noastre. Dacă aveți opinii sau puncte de vedere diferite, vă rugăm să ne corectați!