С разработването на материали от редкоземни постоянни магнити през 70-те години на миналия век, се появиха двигателите с редкоземни постоянни магнити. Двигателите с постоянни магнити използват редкоземни постоянни магнити за възбуждане и постоянните магнити могат да генерират постоянни магнитни полета след намагнитване. Техните възбуждащи характеристики са отлични и превъзхождат електрическите двигатели по отношение на стабилност, качество и намаляване на загубите, което разтърси традиционния пазар на двигатели.

През последните години, с бързото развитие на съвременната наука и технологии, производителността и технологията на електромагнитните материали, особено на редкоземните електромагнитни материали, постепенно се подобряват. В съчетание с бързото развитие на силовата електроника, технологията за пренос на енергия и технологията за автоматично управление, производителността на синхронните двигатели с постоянни магнити става все по-добра.

Освен това, синхронните двигатели с постоянни магнити имат предимствата на леко тегло, опростена конструкция, малък размер, добри характеристики и висока плътност на мощността. Много научноизследователски институции и предприятия активно провеждат изследвания и разработки в областта на синхронните двигатели с постоянни магнити и областите им на приложение ще бъдат допълнително разширени.

1. Основи на разработката на синхронен двигател с постоянен магнит

a.Приложение на високоефективни материали от редкоземни постоянни магнити

Редкоземните постоянни магнитни материали са преминали през три етапа: SmCo5, Sm2Co17 и Nd2Fe14B. В момента постоянните магнитни материали, представени от NdFeB, са се превърнали в най-широко използвания вид редкоземни постоянни магнитни материали поради отличните им магнитни свойства. Разработването на постоянни магнитни материали е довело до развитието на двигатели с постоянни магнити.

В сравнение с традиционния трифазен асинхронен двигател с електрическо възбуждане, постоянният магнит замества електрическия възбуждащ полюс, опростява структурата, елиминира плъзгащия пръстен и четката на ротора, реализира безчеткова структура и намалява размера на ротора. Това подобрява плътността на мощността, плътността на въртящия момент и работната ефективност на двигателя, и прави двигателя по-малък и по-лек, като допълнително разширява областта на приложение и насърчава развитието на електродвигатели към по-висока мощност.

б. Приложение на новата теория на управлението

През последните години алгоритмите за управление се развиха бързо. Сред тях, векторните алгоритми за управление решиха проблема със стратегията за управление на променливотоковите двигатели по принцип, което им осигури добри показатели за управление. Появата на директно управление на въртящия момент опростява структурата на управление и притежава характеристиките на висока производителност на веригата при промени на параметрите и бърза скорост на динамична реакция на въртящия момент. Технологията за индиректно управление на въртящия момент решава проблема с големите пулсации на въртящия момент при ниска скорост и подобрява скоростта и точността на управление на двигателя.

c. Приложение на високопроизводителни силови електронни устройства и процесори

Съвременната силова електроника е важен интерфейс между информационната индустрия и традиционните индустрии, както и мост между слаботокови и контролирано силнотокови технологии. Развитието на силовата електроника позволява реализирането на стратегии за управление на задвижванията.

През 70-те години на миналия век се появи серия инвертори с общо предназначение, които можеха да преобразуват мощност с индустриална честота в мощност с променлива честота с непрекъснато регулируема честота, създавайки по този начин условия за регулиране на скоростта на променливотоковото захранване. Тези инвертори имат възможност за плавен старт след задаване на честотата, като честотата може да се покачва от нула до зададената честота с определена скорост, а скоростта на покачване може да се регулира непрекъснато в широк диапазон, решавайки проблема със стартирането на синхронните двигатели.

2. Състояние на развитието на синхронните двигатели с постоянни магнити в страната и чужбина

Първият двигател в историята е бил двигател с постоянен магнит. По това време производителността на материалите с постоянни магнити е била сравнително ниска, а коерцитивната сила и остатъчното напрежение на постоянните магнити са били твърде ниски, така че скоро те са били заменени от двигатели с електрическо възбуждане.

През 70-те години на миналия век, материалите от редкоземни постоянни магнити, представени от NdFeB, притежаваха голяма коерцитивна сила, остатъчна магнитна емкост, силна способност за размагнитване и голям магнитен енергиен продукт, което доведе до появата на високомощни синхронни двигатели с постоянни магнити на сцената на историята. Сега изследванията върху синхронните двигатели с постоянни магнити стават все по-зрели и се развиват към висока скорост, висок въртящ момент, висока мощност и висока ефективност.

През последните години, благодарение на силните инвестиции на местни учени и правителството, синхронните двигатели с постоянни магнити се развиха бързо. С развитието на микрокомпютърните технологии и технологиите за автоматично управление, синхронните двигатели с постоянни магнити се използват широко в различни области. Благодарение на напредъка на обществото, изискванията на хората към синхронните двигатели с постоянни магнити станаха по-строги, което накара двигателите с постоянни магнити да се развиват към по-голям диапазон на регулиране на скоростта и по-прецизен контрол. Благодарение на подобряването на настоящите производствени процеси, бяха допълнително разработени високоефективни материали за постоянни магнити. Това значително намали цената им и постепенно ги приложи в различни области на живота.

3. Съвременни технологии

a. Технология за проектиране на синхронни двигатели с постоянен магнит

В сравнение с обикновените електрически възбуждащи двигатели, синхронните двигатели с постоянни магнити нямат електрически възбуждащи намотки, колекторни пръстени и възбуждащи шкафове, което значително подобрява не само стабилността и надеждността, но и ефективността.

Сред тях, вградените двигатели с постоянни магнити имат предимствата на висока ефективност, висок коефициент на мощност, висока плътност на мощността на агрегата, силна способност за разширяване на скоростта при слаби магнити и бърза динамична скорост на реакция, което ги прави идеален избор за задвижване на двигатели.

Постоянните магнити осигуряват цялото възбуждащо магнитно поле на двигателите с постоянни магнити, а въртящият момент на зъбчатка ще увеличи вибрациите и шума на двигателя по време на работа. Прекомерният въртящ момент на зъбчатка ще повлияе на нискоскоростната работа на системата за управление на скоростта на двигателя и на високопрецизното позициониране на системата за управление на позицията. Следователно, при проектирането на двигателя, въртящият момент на зъбчатка трябва да бъде намален максимално чрез оптимизация на двигателя.

Според изследванията, общите методи за намаляване на въртящия момент на зъбчатка включват промяна на коефициента на полюсната дъга, намаляване на ширината на слота на статора, съчетаване на изкривения слот и слота на полюса, промяна на позицията, размера и формата на магнитния полюс и др. Трябва да се отбележи обаче, че намаляването на въртящия момент на зъбчатка може да повлияе на други характеристики на двигателя, като например електромагнитният въртящ момент може да намалее съответно. Следователно, при проектирането, различни фактори трябва да бъдат балансирани максимално, за да се постигне най-добра производителност на двигателя.

b.Технология за симулация на синхронен двигател с постоянен магнит

Наличието на постоянни магнити в двигателите с постоянни магнити затруднява проектантите да изчислят параметри, като например коефициент на поток на утечка без товар и коефициент на полюсна дъга. Обикновено софтуерът за анализ с крайни елементи се използва за изчисляване и оптимизиране на параметрите на двигателите с постоянни магнити. Софтуерът за анализ с крайни елементи може да изчисли параметрите на двигателя много точно и е много надежден за анализ на влиянието на параметрите на двигателя върху производителността.

Методът на изчисление с крайни елементи улеснява, ускорява и прави по-точно изчисляването и анализа на електромагнитното поле на двигателите. Това е числен метод, разработен на базата на метода на разликите и е широко използван в науката и инженерството. Използвайте математически методи, за да дискретизирате някои области на непрекъснато решение в групи от единици и след това да интерполирате във всяка единица. По този начин се формира линейна интерполационна функция, т.е. симулира се и се анализира приблизителна функция с помощта на крайни елементи, което ни позволява интуитивно да наблюдаваме посоката на линиите на магнитното поле и разпределението на плътността на магнитния поток вътре в двигателя.

c.Технология за управление на синхронен двигател с постоянен магнит

Подобряването на производителността на системите за моторно задвижване също е от голямо значение за развитието на областта на индустриалния контрол. То позволява системата да се управлява с най-добра производителност. Основните ѝ характеристики се отразяват в ниската скорост, особено в случай на бързо стартиране, статично ускорение и др., тя може да генерира голям въртящ момент; а при движение с висока скорост може да постигне постоянен контрол на мощността и скоростта в широк диапазон. Таблица 1 сравнява производителността на няколко основни двигателя.

Както може да се види от Таблица 1, двигателите с постоянни магнити имат добра надеждност, широк диапазон на скоростта и висока ефективност. Ако се комбинират със съответния метод на управление, цялата двигателна система може да постигне най-добра производителност. Следователно е необходимо да се избере подходящ алгоритъм за управление, за да се постигне ефективно регулиране на скоростта, така че системата за задвижване на двигателя да може да работи в относително широк диапазон на регулиране на скоростта и постоянен диапазон на мощност.

Методът на векторно управление се използва широко в алгоритъма за управление на скоростта на двигатели с постоянни магнити. Той има предимствата на широк диапазон на регулиране на скоростта, висока ефективност, висока надеждност, добра стабилност и добри икономически ползи. Той се използва широко в моторни задвижвания, железопътен транспорт и серво машини. Поради различните приложения, настоящата стратегия за векторно управление също е различна.

4. Характеристики на синхронен двигател с постоянен магнит

Синхронният двигател с постоянни магнити има опростена структура, ниски загуби и висок коефициент на мощност. В сравнение с електрическия двигател с възбуждане, тъй като няма четки, комутатори и други устройства, не е необходим реактивен ток на възбуждане, така че токът на статора и загубите на съпротивление са по-малки, ефективността е по-висока, въртящият момент на възбуждане е по-голям и производителността на управление е по-добра. Има обаче недостатъци като висока цена и трудност при стартиране. Благодарение на прилагането на технология за управление в двигателите, особено прилагането на векторни системи за управление, синхронните двигатели с постоянни магнити могат да постигнат широк диапазон на регулиране на скоростта, бърз динамичен отговор и високопрецизен контрол на позиционирането, така че синхронните двигатели с постоянни магнити ще привлекат повече хора към провеждане на обширни изследвания.

5. Технически характеристики на синхронния двигател с постоянен магнит Anhui Mingteng

а. Двигателят има висок коефициент на мощност и висок коефициент на качество на електрическата мрежа. Не е необходим компенсатор на коефициента на мощност и капацитетът на оборудването на подстанцията може да бъде използван напълно;

б. Двигателят с постоянни магнити се възбужда от постоянни магнити и работи синхронно. Няма пулсации на скоростта и съпротивлението на тръбопровода не се увеличава при задвижване на вентилатори и помпи;

в. Двигателят с постоянен магнит може да бъде проектиран с висок начален въртящ момент (повече от 3 пъти) и висок капацитет на претоварване, ако е необходимо, като по този начин се решава феноменът „голям кон тегли малка каруца“;

г. Реактивният ток на обикновения асинхронен двигател обикновено е около 0,5-0,7 пъти номиналния ток. Синхронният двигател с постоянни магнити Mingteng не се нуждае от възбуждащ ток. Реактивният ток на двигателя с постоянни магнити и асинхронния двигател е с около 50% различен, а действителният работен ток е с около 15% по-нисък от този на асинхронния двигател;

д. Двигателят може да бъде проектиран да стартира директно, а външните монтажни размери са същите като тези на широко използваните в момента асинхронни двигатели, които могат напълно да заменят асинхронните двигатели;

е. Добавянето на драйвер може да постигне плавен старт, плавно спиране и безстепенно регулиране на скоростта, с добър динамичен отговор и допълнително подобрен ефект на пестене на енергия;

ж. Двигателят има много топологични структури, които директно отговарят на основните изисквания на механичното оборудване в широк диапазон и при екстремни условия;

ч. За да се подобри ефективността на системата, да се скъси предавателната верига и да се намалят разходите за поддръжка, могат да бъдат проектирани и произведени високоскоростни и нискоскоростни синхронни двигатели с постоянно магнитно директно задвижване, които отговарят на по-високите изисквания на потребителите.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery&Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) е основана през 2007 г. Това е високотехнологично предприятие, специализирано в научноизследователската и развойна дейност, производството и продажбата на ултрависокоефективни синхронни двигатели с постоянни магнити. Компанията използва съвременна теория за проектиране на двигатели, професионален софтуер за проектиране и самостоятелно разработена програма за проектиране на двигатели с постоянни магнити, за да симулира електромагнитното поле, флуидното поле, температурното поле, полето на напрежение и др. на двигателя с постоянни магнити, да оптимизира структурата на магнитната верига, да подобри нивото на енергийна ефективност на двигателя и по същество да гарантира надеждната му употреба.

Авторско право: Тази статия е препечатка на публичния номер на WeChat „Motor Alliance“, оригиналната връзкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Тази статия не представлява гледната точка на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, поправете ни!