С развитието на редкоземни постоянни магнитни материали през 70-те години на миналия век се появиха редкоземни двигатели с постоянен магнит. Двигателите с постоянен магнит използват редкоземни постоянни магнити за възбуждане, а постоянните магнити могат да генерират постоянни магнитни полета след намагнитване. Неговата производителност на възбуждане е отлична и превъзхожда двигателите с електрическо възбуждане 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 редкоземните електромагнитни материали, постепенно се подобряват. В съчетание с бързото развитие на силовата електроника, технологията за предаване на мощност и технологията за автоматично управление, производителността на синхронните двигатели с постоянен магнит става все по-добра и по-добра.

Освен това, синхронните двигатели с постоянен магнит имат предимствата на леко тегло, проста структура, малък размер, добри характеристики и висока плътност на мощността. Много научноизследователски институции и предприятия активно извършват изследвания и разработки на синхронни двигатели с постоянен магнит и техните области на приложение ще бъдат допълнително разширени.

1. Основа за развитие на синхронен двигател с постоянен магнит

a. Приложение на високоефективни редкоземни постоянни магнитни материали

Редкоземните постоянни магнитни материали са преминали през три етапа: SmCo5, Sm2Co17 и Nd2Fe14B. Понастоящем материалите с постоянен магнит, представени от NdFeB, са се превърнали в най-широко използвания тип редкоземни постоянни магнитни материали поради техните отлични магнитни свойства. Развитието на материалите с постоянен магнит доведе до развитието на двигатели с постоянен магнит.

В сравнение с традиционния трифазен асинхронен двигател с електрическо възбуждане, постоянният магнит замества полюса на електрическо възбуждане, опростява структурата, елиминира контактния пръстен и четката на ротора, реализира безчетковата структура и намалява размера на ротора. Това подобрява плътността на мощността, плътността на въртящия момент и работната ефективност на двигателя и го прави по-малък и по-лек, като допълнително разширява полето му на приложение и насърчава развитието на електрически двигатели към по-висока мощност.

b. Приложение на новата теория на управлението

През последните години алгоритмите за управление се развиват бързо. Сред тях, алгоритмите за векторно управление са решили проблема със стратегията за шофиране на двигателите с променлив ток по принцип, правейки двигателите с променлив ток да имат добри управляващи характеристики. Появата на директно управление на въртящия момент прави структурата на управление по-проста и има характеристиките на силна производителност на веригата за промени в параметрите и бърза скорост на динамична реакция на въртящия момент. Технологията за индиректен контрол на въртящия момент решава проблема с големите пулсации на въртящия момент на директния въртящ момент при ниска скорост и подобрява скоростта и точността на управление на двигателя.

в. Приложение на високопроизводителни силови електронни устройства и процесори

Съвременната технология за силова електроника е важен интерфейс между информационната индустрия и традиционните индустрии и мост между слаб ток и контролиран силен ток. Развитието на технологията за силова електроника позволява реализирането на стратегии за управление на задвижването.

През 70-те години на миналия век се появява серия от инвертори с общо предназначение, които могат да преобразуват мощността с променлива честота в мощност с променлива честота с непрекъснато регулиране на честотата, като по този начин създават условия за регулиране на скоростта на променлива честота на променливотоковото захранване. Тези инвертори имат възможност за плавен старт, след като честотата е зададена, и честотата може да се повиши от нула до зададената честота с определена скорост и скоростта на нарастване може да се регулира непрекъснато в широк диапазон, решавайки проблема с пускането на синхронните двигатели.

2. Състояние на развитие на синхронни двигатели с постоянен магнит в страната и чужбина

Първият двигател в историята беше двигател с постоянен магнит. По това време производителността на материалите с постоянни магнити беше сравнително лоша, а коерцитивната сила и остатъчната устойчивост на постоянните магнити бяха твърде ниски, така че те скоро бяха заменени от двигатели с електрическо възбуждане.

През 70-те години на миналия век редкоземните постоянни магнитни материали, представени от NdFeB, имаха голяма коерцитивна сила, остатъчна устойчивост, силна способност за размагнитване и голям магнитен енергиен продукт, което накара синхронните двигатели с постоянен магнит с висока мощност да се появят на сцената на историята. Сега изследванията върху синхронните двигатели с постоянен магнит стават все по-зрели и се развиват към висока скорост, висок въртящ момент, висока мощност и висока ефективност.

През последните години, със силните инвестиции на местни учени и правителството, синхронните двигатели с постоянен магнит се развиха бързо. С развитието на микрокомпютърната технология и технологията за автоматично управление, синхронните двигатели с постоянен магнит са широко използвани в различни области. Поради напредъка на обществото, изискванията на хората за синхронни двигатели с постоянен магнит станаха по-строги, което подтиква двигателите с постоянен магнит да се развиват към по-голям диапазон на регулиране на скоростта и по-висок прецизен контрол. Благодарение на подобряването на настоящите производствени процеси, високоефективните материали с постоянен магнит бяха допълнително разработени. Това значително намалява цената му и постепенно го прилага в различни сфери на живота.

3. Текуща технология

а. Технология за проектиране на синхронен двигател с постоянен магнит

В сравнение с обикновените двигатели с електрическо възбуждане, синхронните двигатели с постоянен магнит нямат намотки за електрическо възбуждане, колекторни пръстени и шкафове за възбуждане, което значително подобрява не само стабилността и надеждността, но и ефективността.

Сред тях вградените двигатели с постоянен магнит имат предимствата на висока ефективност, висок фактор на мощността, висока плътност на единица мощност, способност за силно слабо магнитно разширяване на скоростта и бърза скорост на динамична реакция, което ги прави идеален избор за задвижващи двигатели.

Постоянните магнити осигуряват цялото възбуждащо магнитно поле на двигателите с постоянен магнит, а зъбният въртящ момент ще увеличи вибрациите и шума на двигателя по време на работа. Прекомерният въртящ момент на зъбчатото колело ще повлияе на производителността при ниска скорост на системата за контрол на скоростта на двигателя и високото прецизно позициониране на системата за контрол на позицията. Следователно, когато проектирате двигателя, въртящият момент на зъбното колело трябва да бъде намален възможно най-много чрез оптимизиране на двигателя.

Според изследванията общите методи за намаляване на въртящия момент включват промяна на коефициента на полюсната дъга, намаляване на ширината на процепа на статора, съпоставяне на изкривения процеп и полюсния прорез, промяна на позицията, размера и формата на магнитния полюс и т.н. , трябва да се отбележи, че намаляването на въртящия момент на зъбното колело може да повлияе на други характеристики на двигателя, като например електромагнитният въртящ момент може да намалее съответно. Ето защо, при проектирането, различните фактори трябва да бъдат балансирани възможно най-добре, за да се постигне най-доброто представяне на двигателя.

b. Технология за симулация на синхронен двигател с постоянен магнит

Наличието на постоянни магнити в двигателите с постоянен магнит затруднява проектантите да изчислят параметри, като например проектирането на коефициента на потока на изтичане на празен ход и коефициента на полюсната дъга. Като цяло софтуерът за анализ на крайни елементи се използва за изчисляване и оптимизиране на параметрите на двигатели с постоянен магнит. Софтуерът за анализ на крайни елементи може да изчисли параметрите на двигателя много точно и е много надеждно да се използва за анализиране на въздействието на параметрите на двигателя върху производителността.

Методът за изчисляване на крайните елементи ни прави по-лесни, по-бързи и по-точни при изчисляването и анализа на електромагнитното поле на двигателите. Това е числен метод, разработен на базата на метода на разликата и е широко използван в науката и инженерството. Използвайте математически методи, за да дискретизирате някои непрекъснати области на решение в групи от единици и след това да интерполирате във всяка единица. По този начин се формира линейна интерполационна функция, тоест приблизителна функция се симулира и анализира 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 промишленото управление. Позволява системата да работи с най-добра производителност. Неговите основни характеристики се отразяват в ниската скорост, особено в случай на бързо стартиране, статично ускорение и т.н., той може да изведе голям въртящ момент; и при шофиране с висока скорост може да постигне постоянен контрол на скоростта на мощността в широк диапазон. Таблица 1 сравнява производителността на няколко основни двигателя.

Както може да се види от таблица 1, двигателите с постоянен магнит имат добра надеждност, широк диапазон на скоростта и висока ефективност. Ако се комбинира 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 постигане на ефективно регулиране на скоростта, така че системата за моторно задвижване да може да работи в относително широка област на регулиране на скоростта и постоянен диапазон на мощността.

Методът за векторно управление се използва широко в алгоритъма за управление на скоростта на двигателя с постоянен магнит. 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 моторно задвижване, железопътен транспорт и серво машинни инструменти. Поради различни употреби, приетата текуща стратегия за контрол на вектора също е различна.

4. Характеристики на синхронен двигател с постоянен магнит

Синхронният двигател с постоянен магнит има проста структура, ниски загуби и висок коефициент на мощност. В сравнение с двигателя с електрическо възбуждане, тъй като няма четки, комутатори и други устройства, не се изисква реактивен ток на възбуждане, така че токът на статора и загубата на съпротивление са по-малки, ефективността е по-висока, въртящият момент на възбуждане е по-голям и ефективността на управление е по-добре. Има обаче недостатъци като висока цена и трудности при стартиране. Благодарение на прилагането на технология за управление в двигателите, особено прилагането на векторни системи за управление, синхронните двигатели с постоянен магнит могат да постигнат широкообхватно регулиране на скоростта, бърза динамична реакция и високо прецизен контрол на позиционирането, така че синхронните двигатели с постоянен магнит ще привлекат повече хора да провеждат 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 фактора на мощността и капацитетът на оборудването на подстанцията може да се използва напълно;

b. 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;

c. Моторът 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, който тегли малка количка";

d. Реактивният ток на обикновения асинхронен двигател обикновено е около 0,5-0,7 пъти от номиналния ток. Синхронният двигател с постоянен магнит Mingteng не се нуждае от ток на възбуждане. Реактивният ток на двигателя с постоянен магнит и асинхронния двигател е около 50% различен, а действителният работен ток е 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;

f. Добавянето на драйвер може да постигне плавен старт, плавен стоп и безстепенно регулиране на скоростта, с добра динамична реакция и допълнително подобрен ефект на пестене на енергия;

ж. Моторът 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 съкрати предавателната верига и да се намалят разходите за поддръжка, високоскоростните и нискоскоростни синхронни двигатели с постоянен магнит с директно задвижване могат да бъдат проектирани и произведени, за да отговорят на по-високите изисквания на потребителите.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery&Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) е създадена през 2007 г. Това е високотехнологично предприятие, специализирано в изследването и разработката, производството и продажбите на синхронни двигатели с постоянен магнит със свръхвисока ефективност. Компанията използва модерна теория за проектиране на двигатели, професионален софтуер за проектиране и собствено разработена програма за проектиране на двигатели с постоянен магнит, за да симулира електромагнитното поле, флуидното поле, температурното поле, полето на напрежение и т.н. на двигателя с постоянен магнит, оптимизира структурата на магнитната верига, подобрява нивото на енергийна ефективност на двигателя и основно гарантира надеждното използване на двигателя с постоянен магнит.

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

Тази статия не представя възгледите на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, коригирайте ни!