S vývojem materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin v 70. letech 20. století se objevily motory s permanentními magnety ze vzácných zemin. Motory s permanentními magnety používají k buzení permanentní magnety ze vzácných zemin a permanentní magnety mohou po zmagnetizaci generovat permanentní magnetická pole. Jejich budicí výkon je vynikající a z hlediska stability, kvality a snížení ztrát překonává elektrické budicí motory, což otřáslo tradičním trhem s motory.

V posledních letech se s rychlým rozvojem moderní vědy a techniky postupně zlepšuje výkon a technologie elektromagnetických materiálů, zejména elektromagnetických materiálů ze vzácných zemin. Spolu s rychlým rozvojem výkonové elektroniky, technologie přenosu energie a technologie automatického řízení se výkon synchronních motorů s permanentními magnety stále zlepšuje.

Synchronní motory s permanentními magnety mají navíc výhody nízké hmotnosti, jednoduché konstrukce, malých rozměrů, dobrých vlastností a vysoké hustoty výkonu. Mnoho vědeckovýzkumných institucí a podniků aktivně provádí výzkum a vývoj synchronních motorů s permanentními magnety a jejich oblasti použití se budou dále rozšiřovat.

1. Základ vývoje synchronního motoru s permanentními magnety

a.Použití vysoce výkonných materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin

Materiály s permanentními magnety ze vzácných zemin prošly třemi fázemi: SmCo5, Sm2Co17 a Nd2Fe14B. V současné době se materiály s permanentními magnety, reprezentované NdFeB, staly nejrozšířenějším typem materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin díky svým vynikajícím magnetickým vlastnostem. Vývoj materiálů s permanentními magnety vedl k vývoji motorů s permanentními magnety.

Ve srovnání s tradičním třífázovým asynchronním motorem s elektrickým buzením nahrazuje permanentní magnet elektrický budicí pól, zjednodušuje konstrukci, eliminuje sběrací kroužek a kartáč rotoru, dosahuje bezkartáčové struktury a zmenšuje velikost rotoru. To zlepšuje hustotu výkonu, hustotu točivého momentu a pracovní účinnost motoru a zároveň jej činí menším a lehčím, což dále rozšiřuje jeho oblast použití a podporuje vývoj elektromotorů směrem k vyšším výkonům.

b.Aplikace nové teorie řízení

V posledních letech se řídicí algoritmy rychle rozvíjely. Mezi nimi algoritmy vektorového řízení v principu vyřešily problém strategie řízení střídavých motorů, což jim umožnilo dosáhnout dobrých regulačních vlastností. Vznik přímého řízení momentu zjednodušuje strukturu řízení a vyznačuje se silným obvodovým výkonem při změnách parametrů a rychlou dynamickou odezvou momentu. Technologie nepřímého řízení momentu řeší problém velkých pulzací momentu při nízkých otáčkách a zlepšuje rychlost a přesnost řízení motoru.

c.Použití vysoce výkonných výkonových elektronických zařízení a procesorů

Moderní technologie výkonové elektroniky je důležitým rozhraním mezi informačním průmyslem a tradičními odvětvími a mostem mezi slaboproudem a řízeným silným proudem. Rozvoj technologie výkonové elektroniky umožňuje realizaci strategií řízení pohonů.

V 70. letech 20. století se objevila řada univerzálních měničů, které dokázaly převádět průmyslový frekvenční výkon na proměnný frekvenční výkon s plynule nastavitelnou frekvencí, čímž vytvořily podmínky pro regulaci otáček střídavého proudu s proměnnou frekvencí. Tyto měniče mají schopnost měkkého rozběhu po nastavení frekvence, přičemž frekvence může stoupat od nuly k nastavené frekvenci určitou rychlostí a rychlost stoupání lze plynule upravovat v širokém rozsahu, což řeší problém spouštění synchronních motorů.

2. Stav vývoje synchronních motorů s permanentními magnety v tuzemsku i v zahraničí

Prvním motorem v historii byl motor s permanentními magnety. V té době byl výkon materiálů s permanentními magnety relativně nízký a koercitivní síla a remanence permanentních magnetů byly příliš nízké, takže byly brzy nahrazeny motory s elektrickým buzením.

V 70. letech 20. století měly materiály s permanentními magnety vzácných zemin, jako je NdFeB, velkou koercitivní sílu, remanenci, silnou demagnetizační schopnost a velký magnetický energetický produkt, což dalo vzniknout synchronním motorům s permanentními magnety s vysokým výkonem. Nyní je výzkum synchronních motorů s permanentními magnety stále zralejší a směřuje k vysokým rychlostem, vysokému točivému momentu, vysokému výkonu a vysoké účinnosti.

V posledních letech se díky silným investicím domácích vědců a vlády rychle rozvíjely synchronní motory s permanentními magnety. S rozvojem mikropočítačové technologie a technologie automatického řízení se synchronní motory s permanentními magnety široce používají v různých oblastech. Vzhledem k pokroku společnosti se požadavky lidí na synchronní motory s permanentními magnety zpřísnily, což vedlo k vývoji motorů s permanentními magnety směrem k většímu rozsahu regulace otáček a přesnějšímu řízení. Díky zdokonalení současných výrobních procesů byly dále vyvinuty vysoce výkonné materiály s permanentními magnety. To výrazně snižuje jejich náklady a postupně je uplatňuje v různých oblastech života.

3. Současná technologie

a. Technologie konstrukce synchronního motoru s permanentními magnety

Ve srovnání s běžnými elektrickými budicími motory nemají synchronní motory s permanentními magnety žádná elektrická budicí vinutí, sběrné kroužky a budicí skříně, což výrazně zlepšuje nejen stabilitu a spolehlivost, ale také účinnost.

Mezi nimi mají vestavěné motory s permanentními magnety výhody vysoké účinnosti, vysokého účiníku, vysoké hustoty výkonu, silné schopnosti rozšíření otáček při slabých magnetech a rychlé dynamické odezvy, což z nich činí ideální volbu pro pohon motorů.

Permanentní magnety zajišťují celé budicí magnetické pole motorů s permanentními magnety a moment ozubení zvyšuje vibrace a hluk motoru během provozu. Nadměrný moment ozubení ovlivní nízkorychlostní výkon systému regulace otáček motoru a vysoce přesné polohování systému regulace polohy. Proto by měl být při návrhu motoru moment ozubení co nejvíce snížen optimalizací motoru.

Podle výzkumu zahrnují obecné metody pro snížení momentu ozubení změnu koeficientu pólového oblouku, zmenšení šířky drážky statoru, sladění šikmé drážky a pólové drážky, změnu polohy, velikosti a tvaru magnetického pólu atd. Je však třeba poznamenat, že snížení momentu ozubení může ovlivnit další výkon motoru, například se může odpovídajícím způsobem snížit elektromagnetický moment. Proto by při návrhu měly být různé faktory co nejvíce vyváženy, aby se dosáhlo nejlepšího výkonu motoru.

b.Technologie simulace synchronního motoru s permanentními magnety

Přítomnost permanentních magnetů v motorech s permanentními magnety ztěžuje konstruktérům výpočet parametrů, jako je návrh koeficientu rozptylového toku naprázdno a koeficientu pólového oblouku. Obecně se k výpočtu a optimalizaci parametrů motorů s permanentními magnety používá software pro analýzu konečných prvků. Software pro analýzu konečných prvků dokáže velmi přesně vypočítat parametry motoru a je velmi spolehlivý pro analýzu vlivu parametrů motoru na výkon.

Metoda výpočtu konečných prvků nám usnadňuje, zrychluje a zpřesňuje výpočet a analýzu elektromagnetického pole motorů. Jedná se o numerickou metodu vyvinutou na základě diferenční metody, která se široce používá ve vědě a inženýrství. Matematické metody se používají k diskretizaci některých spojitých řešených oblastí do skupin jednotek a následné interpolaci v každé jednotce. Tímto způsobem se vytvoří lineární interpolační funkce, tj. přibližná funkce je simulována a analyzována pomocí konečných prvků, což nám umožňuje intuitivně pozorovat směr siločar magnetického pole a rozložení hustoty magnetického toku uvnitř motoru.

c. Technologie řízení synchronního motoru s permanentními magnety

Zlepšení výkonu systémů motorových pohonů má také velký význam pro rozvoj oblasti průmyslového řízení. Umožňuje řídit systém s nejlepším výkonem. Jeho základní vlastnosti se odrážejí v nízkých otáčkách, zejména v případě rychlého rozběhu, statické akcelerace atd., kdy dokáže vyvinout velký točivý moment; a při jízdě vysokou rychlostí může dosáhnout konstantní regulace výkonu a otáček v širokém rozsahu. Tabulka 1 porovnává výkon několika hlavních motorů.

Jak je patrné z tabulky 1, motory s permanentními magnety mají dobrou spolehlivost, široký rozsah otáček a vysokou účinnost. V kombinaci s odpovídající metodou řízení může celý systém motoru dosáhnout nejlepšího výkonu. Proto je nutné zvolit vhodný řídicí algoritmus pro dosažení efektivní regulace otáček, aby systém pohonu motoru mohl pracovat v relativně širokém rozsahu regulace otáček a s konstantním výkonem.

Metoda vektorového řízení se široce používá v algoritmech řízení otáček motorů s permanentními magnety. Má výhody širokého rozsahu regulace otáček, vysoké účinnosti, vysoké spolehlivosti, dobré stability a dobrých ekonomických přínosů. Je široce používána v motorových pohonech, železniční dopravě a servopohonech obráběcích strojů. Vzhledem k různým účelům se liší i současná strategie vektorového řízení.

4. Charakteristiky synchronního motoru s permanentními magnety

Synchronní motor s permanentními magnety má jednoduchou konstrukci, nízké ztráty a vysoký účiník. Ve srovnání s motorem s elektrickým budičem není potřeba žádný jalový budicí proud, protože neobsahuje kartáče, komutátory a další zařízení, takže statorový proud a ztráty odporu jsou menší, účinnost je vyšší, budicí moment je větší a regulační výkon je lepší. Existují však nevýhody, jako jsou vysoké náklady a obtížné spouštění. Díky použití řídicí technologie v motorech, zejména použití vektorových řídicích systémů, mohou synchronní motory s permanentními magnety dosáhnout širokého rozsahu regulace otáček, rychlé dynamické odezvy a vysoce přesného řízení polohování, takže synchronní motory s permanentními magnety přilákají více lidí k rozsáhlému výzkumu.

5. Technické vlastnosti synchronního motoru s permanentními magnety Anhui Mingteng

a. Motor má vysoký účiník a vysoký faktor kvality elektrické sítě. Není vyžadován žádný kompenzátor účiníku a lze plně využít kapacitu zařízení rozvodny.

b. Motor s permanentními magnety je buzen permanentními magnety a pracuje synchronně. Nedochází k pulzacím otáček a při pohonu ventilátorů a čerpadel se nezvyšuje odpor potrubí.

c. Motor s permanentními magnety může být navržen s vysokým rozběhovým momentem (více než 3krát) a vysokou přetížitelností dle potřeby, čímž se řeší fenomén „velký kůň táhne malý vozík“;

d. Jalový proud běžného asynchronního motoru je obvykle asi 0,5-0,7násobek jmenovitého proudu. Synchronní motor s permanentními magnety Mingteng nepotřebuje budicí proud. Jalový proud motoru s permanentními magnety a asynchronního motoru se liší asi o 50 % a skutečný provozní proud je asi o 15 % nižší než u asynchronního motoru;

e. Motor může být navržen pro přímý start a vnější instalační rozměry jsou stejné jako u v současnosti široce používaných asynchronních motorů, které mohou plně nahradit asynchronní motory;

f. Přidáním ovladače lze dosáhnout měkkého startu, měkkého zastavení a plynulé regulace rychlosti s dobrou dynamickou odezvou a dalším zlepšením úspory energie;

g. Motor má mnoho topologických struktur, které přímo splňují základní požadavky mechanických zařízení v širokém rozsahu a za extrémních podmínek;

h. Za účelem zlepšení účinnosti systému, zkrácení převodového řetězce a snížení nákladů na údržbu lze navrhnout a vyrobit synchronní motory s permanentními magnety s vysokými a nízkými otáčkami a přímým pohonem tak, aby splňovaly vyšší požadavky uživatelů.

Společnost Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery&Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) byla založena v roce 2007. Jedná se o high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej synchronních motorů s permanentními magnety s ultra vysokou účinností. Společnost využívá moderní teorii návrhu motorů, profesionální návrhový software a vlastní program pro návrh motorů s permanentními magnety k simulaci elektromagnetického pole, pole kapaliny, teplotního pole, pole napětí atd. motoru s permanentními magnety, optimalizaci struktury magnetického obvodu, zlepšení úrovně energetické účinnosti motoru a zásadnímu zajištění spolehlivého používání motoru s permanentními magnety.

Autorská práva: Tento článek je reprintem veřejného čísla WeChatu „Motor Alliance“, původní odkazhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Tento článek nereprezentuje názory naší společnosti. Pokud máte jiné názory nebo postoje, opravte nás prosím!