Порівняно з асинхронними двигунами, синхронні двигуни з постійними магнітами мають такі переваги, як високий коефіцієнт потужності, високий ККД, вимірювані параметри ротора, великий повітряний зазор між статором і ротором, хороші характеристики керування, малий розмір, легка вага, проста конструкція, високе співвідношення крутного моменту/інерції. і т.д. Вони все ширше використовуються в нафтовій, хімічній промисловості, текстильній промисловості, гірничодобувній промисловості, верстатах з ЧПК, роботах, і т.д., і розвиваються в напрямку високої потужності (висока швидкість, високий крутний момент), високої функціональності та мініатюризації.
Синхронні двигуни з постійними магнітами складаються зі статорів і роторів. Статор - це те ж саме, що і асинхронні двигуни, що складається з трифазних обмоток і сердечників статора. Попередньо намагнічені (намагнічені) постійні магніти встановлені на роторі, і магнітне поле може бути встановлено в навколишньому просторі без зовнішньої енергії, що спрощує конструкцію двигуна та економить енергію. Ця стаття пояснює комплексні переваги просування синхронних двигунів з постійними магнітами на основі характеристик синхронних двигунів з постійними магнітами.
1. Видатні переваги синхронного двигуна з постійним магнітом
(1) Оскільки ротор виготовлено з постійних магнітів, щільність магнітного потоку висока, струм збудження не потрібен, а втрати збудження усуваються. У порівнянні з асинхронними двигунами струм збудження обмотки статора, втрати міді та заліза ротора зменшуються, а реактивний струм значно зменшується. Оскільки магнітні потенціали статора та ротора синхронізовані, осердя ротора не має фундаментальних втрат у хвильовому чавуні, тому ефективність (пов’язана з активною потужністю) і коефіцієнт потужності (пов’язана з реактивною потужністю) вищі, ніж у асинхронних двигунів. Синхронні двигуни з постійними магнітами, як правило, розроблені таким чином, щоб мати високий коефіцієнт потужності та ефективність навіть при невеликому навантаженні.
При навантаженні звичайних асинхронних двигунів менше 50% їх ефективність і коефіцієнт потужності значно падають. Коли швидкість навантаження синхронних двигунів з постійним магнітом Mingteng становить 25%-120%, їх робочий ККД і коефіцієнт потужності не змінюються, а робочий ККД становить >90%, а коефіцієнт потужності >0,85. Ефект енергозбереження є значним при невеликому, змінному та повному навантаженні.
(2) Синхронні двигуни з постійними магнітами мають відносно жорсткі механічні властивості та більш стійкі до збурень крутного моменту двигуна, спричинених змінами навантаження. Роторний сердечник синхронного двигуна з постійним магнітом можна зробити порожнистою, щоб зменшити інерцію ротора, а час запуску та гальмування набагато швидший, ніж у асинхронного двигуна. Високе співвідношення крутного моменту/інерції робить синхронні двигуни з постійними магнітами більш придатними для роботи в умовах швидкої реакції, ніж асинхронні двигуни.
(3) Розмір синхронних двигунів з постійними магнітами значно менший, ніж асинхронних двигунів, і їх вага також відносно легша. За однакових умов розсіювання тепла та ізоляційних матеріалів питома потужність синхронних двигунів з постійними магнітами більш ніж у два рази перевищує питому потужність трифазних асинхронних двигунів.
(4) Конструкція ротора значно спрощена, що легко обслуговувати та покращує стабільність роботи.
Оскільки трифазні асинхронні двигуни повинні бути розроблені з більш високим коефіцієнтом потужності, повітряний зазор між статором і ротором повинен бути дуже малим. У той же час рівномірність повітряного зазору також має вирішальне значення для безпечної роботи та шуму вібрації двигуна. Таким чином, вимоги щодо форми та допуску положення та концентричності складання асинхронного двигуна є відносно суворими, а свобода вибору зазору підшипника відносно невелика. Асинхронні двигуни з більшою базою зазвичай використовують мастильні підшипники в масляній ванні, які повинні бути заповнені мастилом протягом зазначеного робочого часу. Витік масла або несвоєчасне заповнення масляної порожнини прискорить вихід підшипника з ладу. В обслуговуванні трифазних асинхронних двигунів велику частку займає обслуговування підшипників. Крім того, через існування індукційного струму в роторі трифазного асинхронного двигуна, проблема електричної корозії підшипника також була стурбована багатьма дослідниками в останні роки.
У синхронних двигунів з постійними магнітами таких проблем немає. Через великий повітряний зазор синхронного двигуна з постійним магнітом вищевказані проблеми, викликані малим повітряним зазором асинхронного двигуна, неочевидні для синхронного двигуна. У той же час підшипники синхронного двигуна з постійними магнітами використовують змащені консистентним мастилом підшипники з пилозахисними кришками. Підшипники були ущільнені відповідною кількістю високоякісного мастила на виході з заводу. Термін служби підшипників синхронного двигуна з постійними магнітами набагато вище, ніж у асинхронного двигуна.
Щоб запобігти корозії підшипника струмом вала, двигун з постійним магнітом Anhui Mingteng використовує ізоляційну конструкцію для підшипникового вузла в хвостовій частині, що може досягти ефекту ізоляції підшипника, а вартість набагато нижча, ніж ізоляція підшипник. Щоб забезпечити нормальний термін служби підшипника двигуна, частина ротора всіх синхронних двигунів прямого приводу з постійним магнітом Anhui Mingteng має спеціальну опорну конструкцію, а заміна підшипників на місці така ж, як і в асинхронних двигунах. Пізніша заміна підшипників і технічне обслуговування можуть заощадити витрати на логістику, заощадити час на технічне обслуговування та краще гарантувати надійність виробництва користувача.
2. Типове застосування синхронних двигунів з постійними магнітами на заміну асинхронним двигунам
2.1 Високовольтний високоефективний трифазний синхронний двигун із постійним магнітом із змінною частотою регулювання швидкості для вертикального млина в цементній промисловості
Візьмемо, як приклад, синхронний двигун із надвисоким ККД із змінним асинхронним двигуном TYPKK1000-6 5300 кВт 10 кВ. Цей продукт є першим вітчизняним двигуном з постійними магнітами високої напруги понад 5 МВт для трансформації вертикального млина, наданим компанією Anhui Mingteng для компанії з виробництва будівельних матеріалів у 2021 році. У порівнянні з оригінальною системою асинхронного двигуна рівень енергозбереження досягає 8%, а виробництво збільшується може досягати 10%. Середня швидкість навантаження становить 80%, ефективність двигуна з постійним магнітом становить 97,9%, а річна вартість енергозбереження становить: (18,7097 млн юанів ÷ 0,92) × 8% = 1,6269 млн юанів; вартість енергозбереження за 15 років становить: (18,7097 млн юанів ÷ 0,92) × 8% × 15 років = 24,4040 млн юанів; інвестиція в заміну повертається через 15 місяців, а прибуток на інвестиції отримується протягом 14 послідовних років.
Anhui Mingteng надав повний набір обладнання для трансформації вертикальних млинів для компанії з виробництва будівельних матеріалів у Шаньдуні (TYPKK1000-6 5300 кВт 10 кВ)
2.2 Низьковольтний трифазний синхронний двигун з постійним магнітом із надвисоким ККД, що автоматично запускається, для змішувачів хімічної промисловості
Візьмемо, як приклад, синхронний двигун з постійним магнітом із надвисоким ККД TYCX315L1-4 160 кВт 380 В для змінного асинхронного двигуна. Цей продукт був наданий компанією Anhui Mingteng у 2015 році для трансформації двигунів змішувача та дробарки в хімічній промисловості. TYCX315L1-4 160kW 380V підходить для умов роботи змішувача. Розрахувавши споживання енергії на тонну за одиницю часу, користувач підрахував, що синхронний двигун із постійним магнітом потужністю 160 кВт економить на 11,5% більше електроенергії, ніж оригінальний асинхронний двигун такої ж потужності. Після дев’яти років фактичного використання користувачі дуже задоволені рівнем енергозбереження, підвищенням температури, шумом, струмом та іншими показниками синхронного двигуна Mingteng з постійними магнітами під час фактичної роботи.
Anhui Mingteng надав підтримку модифікації змішувача для хімічної компанії в Гуйчжоу (TYCX315L1-4 160 кВт 380 В)
3. Питання, які хвилюють користувачів
3.1 Термін служби двигуна Термін служби всього двигуна залежить від терміну служби підшипника. Корпус двигуна має рівень захисту IP54, який може бути збільшений до IP65 за особливих обставин, що відповідає вимогам використання в більшості запилених і вологих середовищ. За умови забезпечення гарної співвісності установки розширення вала двигуна та відповідного радіального навантаження на вал мінімальний термін служби підшипника двигуна становить понад 20 000 годин. По-друге, це термін служби охолоджуючого вентилятора, який довший, ніж у двигуна, що працює від конденсатора. Якщо вентилятор працює протягом тривалого часу в запиленому та вологому середовищі, необхідно регулярно видаляти липкі речовини, що прикріплені до вентилятора, щоб запобігти загорянню вентилятора через перевантаження.
3.2 Відмова та захист матеріалів постійного магніту
Важливість матеріалів постійних магнітів для двигунів з постійними магнітами є самоочевидною, і їхня вартість становить більше 1/4 вартості матеріалу всього двигуна. Ротор двигуна Anhui Mingteng з постійними магнітами використовує продукти з високою магнітною енергією та високу власну коерцитивну силу, спечений NdFeB, а звичайні марки включають N38SH, N38UH, N40UH, N42UH тощо. Компанія розробила професійні інструменти та направляючі пристосування для складання магнітної сталі, а також якісно проаналізовано полярність зібраної магнітної сталі розумними засобами, т що відносне значення магнітного потоку кожної щілинної магнітної сталі є близьким, що забезпечує симетрію магнітного контуру та якість складання магнітної сталі.
Поточні матеріали постійного магніту можуть працювати протягом тривалого часу при максимально допустимому підвищенні температури обмотки двигуна, а природна швидкість розмагнічування магнітної сталі не перевищує 1‰. Звичайні матеріали з постійними магнітами вимагають, щоб поверхневе покриття витримувало випробування соляним туманом більше 24 годин. Для середовищ із сильною окисною корозією користувачам необхідно зв’язатися з виробником, щоб вибрати матеріали з постійними магнітами з вищою технологією захисту.
4. Як вибрати двигун з постійними магнітами для заміни асинхронного двигуна
4.1 Визначити вид навантаження
Різні навантаження, такі як кульові млини, водяні насоси та вентилятори, мають різні вимоги до продуктивності двигунів, тому тип навантаження є дуже важливим для проектування чи вибору.
4.2 Визначити стан навантаження двигуна в нормальному режимі роботи
Двигун працює безперервно при повному чи невеликому навантаженні? Або іноді це велике навантаження, а іноді легке, і скільки триває цикл зміни легкого та важкого навантаження?
4.3 Визначити вплив інших станів навантаження на двигун
Існує багато особливих випадків стану навантаження двигуна на місці. Наприклад, навантаження стрічкового конвеєра має сприймати радіальну силу, і двигун може знадобитися відрегулювати з кулькових підшипників на роликові; якщо є багато пилу або масла, нам потрібно покращити рівень захисту двигуна.
4.4 Температура навколишнього середовища
Під час вибору двигуна нам потрібно зосередитися на температурі навколишнього середовища на місці. Наші звичайні двигуни розраховані на температуру навколишнього середовища 0~40 ℃ або нижче, але ми часто стикаємося з ситуаціями, коли температура навколишнього середовища перевищує 40 ℃. У цей час нам потрібно вибрати двигун більшої потужності або спеціально розроблений двигун.
4.5 Спосіб встановлення на місці, розміри установки двигуна
Спосіб встановлення на місці, розміри встановлення двигуна, спосіб встановлення на місці та розміри встановлення також є даними, які потрібно отримати, або вихідний креслення зовнішнього вигляду двигуна, або розміри монтажного інтерфейсу, розміри фундаменту та місце розташування двигуна. Якщо на місці є обмеження щодо простору, може знадобитися змінити метод охолодження двигуна, розташування коробки електродвигуна тощо.
4.6 Інші фактори зовнішнього середовища
Багато інших факторів навколишнього середовища впливають на вибір двигуна, наприклад, забруднення пилом або маслом, що впливає на рівень захисту двигуна; наприклад, у морському середовищі або середовищі з високим pH, двигун повинен бути розроблений для захисту від корозії; у середовищах із високою вібрацією та на великій висоті є інші міркування щодо конструкції.
4.7 Дослідження вихідних параметрів асинхронного двигуна та умов експлуатації
(1) Дані паспортної таблички: номінальна напруга, номінальна швидкість, номінальний струм, номінальний коефіцієнт потужності, ефективність, модель та інші параметри
(2) Спосіб встановлення: отримати оригінальне креслення зовнішнього вигляду двигуна, фотографії встановлення на місці тощо.
(3) Фактичні робочі параметри оригінального двигуна: струм, потужність, коефіцієнт потужності, температура тощо.
Висновок
Синхронні двигуни з постійними магнітами особливо підходять для інтенсивного запуску та легкої роботи. Просування та використання синхронних двигунів з постійними магнітами має позитивні економічні та соціальні переваги та має велике значення для енергозбереження та скорочення викидів. З точки зору надійності та стабільності, синхронні двигуни з постійними магнітами також мають цінні переваги. Вибір високоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами є одноразовою інвестицією з довгостроковою вигодою.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) протягом 17 років зосереджується на дослідженні, розробці, виробництві та продажу надвисокоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами. Його продукція охоплює повний спектр високовольтних, низьковольтних, постійної частоти, змінної частоти, звичайних, вибухозахищених, прямих приводів, електричних роликів і машин "все в одному", спрямованих на забезпечення більш ефективної рушійної сили для промислових обладнання.
Двигуни Anhui Mingteng з постійними магнітами мають такі ж зовнішні монтажні розміри, як і широко використовувані в даний час асинхронні двигуни, і можуть повністю замінити асинхронні двигуни. Крім того, існує професійна технічна команда, яка розробляє та надає клієнтам безкоштовні рішення для трансформації. Якщо у вас є потреба трансформувати асинхронні двигуни, будь ласка, не соромтеся звертатися до нас, і ми будемо служити вам від щирого серця!
Час публікації: 23 серпня 2024 р