Порівняно з асинхронними двигунами, синхронні двигуни з постійними магнітами мають переваги високого коефіцієнта потужності, високої ефективності, вимірюваних параметрів ротора, великого повітряного зазору між статором і ротором, хорошої керованості, малих розмірів, легкої ваги, простої конструкції, високого співвідношення крутного моменту до інерції тощо. Вони дедалі ширше використовуються в нафтовій, хімічній промисловості, текстильній, гірничодобувній промисловості, верстатах з ЧПК, робототехніки тощо та розвиваються в напрямку високої потужності (висока швидкість, високий крутний момент), високої функціональності та мініатюризації.
Синхронні двигуни з постійними магнітами складаються зі статорів та роторів. Статор такий самий, як і в асинхронних двигунах, складається з трифазних обмоток та осердя статора. На роторі встановлені попередньо намагнічені (намагнічені) постійні магніти, і магнітне поле може бути створене в навколишньому просторі без зовнішньої енергії, що спрощує структуру двигуна та економить енергію. У цій статті пояснюються комплексні переваги просування синхронних двигунів з постійними магнітами на основі характеристик синхронних двигунів з постійними магнітами.
1. Видатні переваги синхронного двигуна з постійними магнітами
(1) Оскільки ротор виготовлений з постійних магнітів, щільність магнітного потоку висока, струм збудження не потрібен, а втрати на збудження усуваються. Порівняно з асинхронними двигунами, струм збудження обмотки статора та втрати в міді та сталі ротора зменшуються, а реактивний струм значно зменшується. Оскільки магнітні потенціали статора та ротора синхронізовані, осердя ротора не має фундаментальних втрат у хвильовому сталі, тому коефіцієнт корисної дії (пов'язаний з активною потужністю) та коефіцієнт потужності (пов'язаний з реактивною потужністю) вищі, ніж у асинхронних двигунів. Синхронні двигуни з постійними магнітами, як правило, розроблені з високим коефіцієнтом потужності та коефіцієнтом корисної дії навіть при роботі під невеликим навантаженням.
Коли коефіцієнт навантаження звичайних асинхронних двигунів становить менше 50%, їхня робоча ефективність та коефіцієнт потужності значно падають. Коли коефіцієнт навантаження синхронних двигунів з постійними магнітами Mingteng становить 25%-120%, їхня робоча ефективність та коефіцієнт потужності змінюються незначно, робоча ефективність перевищує 90%, а коефіцієнт потужності перевищує 0,85. Ефект енергозбереження значний при малому навантаженні, змінному навантаженні та повному навантаженні.
(2) Синхронні двигуни з постійними магнітами мають відносно жорсткі механічні властивості та є більш стійкими до збоїв крутного моменту двигуна, спричинених змінами навантаження. Серцевина ротора синхронного двигуна з постійними магнітами може бути виконана у вигляді порожнистої структури для зменшення інерції ротора, а час запуску та гальмування набагато коротший, ніж у асинхронного двигуна. Високе співвідношення крутного моменту до 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 у асинхронних двигунів, а їхня вага також відносно легша. За однакових умов розсіювання тепла та ізоляційних матеріалів щільність потужності синхронних двигунів з постійними магнітами більш ніж удвічі перевищує показники трифазних асинхронних двигунів.
(4) Конструкція ротора значно спрощена, що полегшує обслуговування та покращує стабільність роботи.
Оскільки трифазні асинхронні двигуни повинні бути розроблені з вищим коефіцієнтом потужності, повітряний зазор між статором і ротором повинен бути дуже малим. Водночас, рівномірність повітряного зазору також має вирішальне значення для безпечної роботи та зменшення вібраційного шуму двигуна. Тому вимоги до допуску форми та положення, а також концентричності складання асинхронного двигуна є відносно суворими, а свобода вибору зазору підшипника є відносно невеликою. Асинхронні двигуни з більшою базою зазвичай використовують підшипники змащування в масляній ванні, які необхідно заповнювати мастилом протягом заданого робочого часу. Витік масла або несвоєчасне заповнення масляної порожнини прискорить вихід підшипника з ладу. Під час обслуговування трифазних асинхронних двигунів обслуговування підшипників займає значну частку. Крім того, через наявність індукованого струму в роторі трифазного асинхронного двигуна, проблема електричної корозії підшипника також турбує багатьох дослідників в останні роки.
Синхронні двигуни з постійними магнітами не мають таких проблем. Через великий повітряний зазор синхронного двигуна з постійними магнітами, вищезгадані проблеми, спричинені малим повітряним зазором асинхронного двигуна, не є очевидними в синхронному двигуні. Водночас, підшипники синхронного двигуна з постійними магнітами використовуються змащені консистентним мастилом з пилозахисними кришками. Підшипники були герметизовані відповідною кількістю високоякісного мастила при виході з заводу. Термін служби підшипників синхронного двигуна з постійними магнітами значно вищий, ніж у асинхронного двигуна.
Щоб запобігти корозії підшипника струмом вала, двигун з постійними магнітами Anhui Mingteng використовує конструкцію ізоляції вузла підшипника на задній частині, що дозволяє досягти ефекту ізоляції підшипника, а вартість ізоляції підшипника значно нижча, ніж вартість ізоляції підшипника. Для забезпечення нормального терміну служби підшипника двигуна, роторна частина всіх синхронних двигунів прямого приводу з постійними магнітами Anhui Mingteng має спеціальну опорну конструкцію, а заміна підшипників на місці така ж, як і в асинхронних двигунах. Пізніша заміна та обслуговування підшипників можуть заощадити логістичні витрати, заощадити час на обслуговування та краще гарантувати надійність виробництва користувача.
2. Типові застосування синхронних двигунів з постійними магнітами замість асинхронних двигунів
2.1 Високовольтний надвисокоефективний трифазний синхронний двигун з постійними магнітами та регулюванням швидкості зі змінною частотою для вертикального млина в цементній промисловості
Візьмемо, наприклад, надвисокоефективний синхронний двигун з постійними магнітами TYPKK1000-6 потужністю 5300 кВт 10 кВ для заміни асинхронного двигуна. Цей продукт є першим вітчизняним високовольтним двигуном з постійними магнітами потужністю понад 5 МВт для вертикальної трансформації млина, наданим компанією Anhui Mingteng для компанії з виробництва будівельних матеріалів у 2021 році. Порівняно з оригінальною асинхронною системою двигуна, коефіцієнт енергозбереження досягає 8%, а збільшення виробництва може досягати 10%. Середній коефіцієнт навантаження становить 80%, коефіцієнт корисної дії двигуна з постійними магнітами становить 97,9%, а річні витрати на енергозбереження становлять: (18,7097 млн юанів ÷ 0,92) × 8% = 1,6269 млн юанів; витрати на енергозбереження за 15 років становитимуть: (18,7097 млн юанів ÷ 0,92) × 8% × 15 років = 24,4040 млн юанів; Інвестиції в заміщення окуповуються за 15 місяців, а прибутковість інвестицій отримується протягом 14 років поспіль.
Компанія Anhui Mingteng поставила повний комплект обладнання для вертикального переробного млина для компанії з виробництва будівельних матеріалів у провінції Шаньдун (TYPKK1000-6 5300 кВт 10 кВ)
2.2 Низьковольтний самозапускний надвисокоефективний трифазний синхронний двигун з постійними магнітами для змішувачів хімічної промисловості
Візьмемо, наприклад, надвисокоефективний синхронний двигун з постійними магнітами TYCX315L1-4 потужністю 160 кВт та напругою 380 В, що замінює асинхронний двигун. Цей продукт був наданий компанією Anhui Mingteng у 2015 році для трансформації двигунів змішувачів та дробарок у хімічній промисловості. TYCX315L1-4 потужністю 160 кВт та напругою 380 В підходить для робочих умов змішувача. Розрахувавши споживання енергії на тонну за одиницю часу, користувач підрахував, що синхронний двигун з постійними магнітами 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 коефіцієнтом енергозбереження, підвищенням температури, шумом, струмом та іншими показниками синхронного двигуна з постійними магнітами Mingteng у реальній експлуатації.
Компанія Anhui Mingteng надала підтримку з 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 за певних обставин можна підвищити до IP65, що відповідає вимогам використання в більшості запилених та вологих середовищ. За умови забезпечення належної співвісності встановлення подовжувача вала двигуна та відповідного радіального навантаження вала мінімальний термін служби підшипника двигуна становить понад 20 000 годин. Другим фактором є термін служби вентилятора охолодження, який довший, ніж у двигуна з конденсаторним живленням. Під час тривалої роботи в запиленому та вологому середовищі необхідно регулярно видаляти липкі речовини, що прилипли до вентилятора, щоб запобігти його перегорянню через перевантаження.
3.2 Вихід з ладу та захист матеріалів постійних магнітів
Важливість матеріалів постійних магнітів для двигунів з постійними магнітами є очевидною, а їхня вартість становить понад 1/4 вартості матеріалу всього двигуна. Матеріали з постійних магнітів для ротора двигуна з постійними магнітами Anhui Mingteng використовують спечений NdFeB з високим магнітним енергетичним продуктом та високою власною коерцитивною силою, а звичайні марки включають N38SH, N38UH, N40UH, N42UH тощо. Компанія розробила професійні інструменти та напрямні пристосування для складання магнітної сталі, а також якісно проаналізувала полярність зібраної магнітної сталі розумними засобами, щоб значення відносного магнітного потоку кожної щілини магнітної сталі було близьким, що забезпечує симетрію магнітного кола та якість складання магнітної сталі.
Сучасні матеріали постійних магнітів можуть працювати тривалий час за максимально допустимого підвищення температури обмотки двигуна, а природний коефіцієнт розмагнічування магнітної сталі не перевищує 1‰. Звичайні матеріали постійних магнітів вимагають, щоб поверхневе покриття витримувало випробування в сольовому тумані більше 24 годин. У середовищах з сильною окислювальною корозією користувачам необхідно звернутися до виробника, щоб вибрати матеріали постійних магнітів з вищою технологією захисту.
4. Як вибрати двигун з постійними магнітами для заміни асинхронного двигуна
4.1 Визначення типу навантаження
Різні навантаження, такі як кульові млини, водяні насоси та вентилятори, мають різні вимоги до продуктивності двигунів, тому тип навантаження дуже важливий для проектування або вибору.
4.2 Визначення стану навантаження двигуна в нормальному режимі роботи
Чи працює двигун безперервно з повним чи легким навантаженням? Чи іноді він навантажується важко, а іноді легко, і яка тривалість циклу зміни легкого та важкого навантаження?
4.3 Визначення впливу інших станів навантаження на двигун
Існує багато особливих випадків навантаження двигуна, що встановлюється на місці. Наприклад, навантаження стрічкового конвеєра повинно витримувати радіальну силу, і двигун може потребувати заміни 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 слід звернути увагу на температуру 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 такому разі нам потрібно вибрати двигун з більшою потужністю або спеціально розроблений двигун.
4.5 Спосіб встановлення на місці, розміри для встановлення двигуна
Спосіб встановлення на місці, розміри встановлення двигуна, спосіб встановлення на місці та розміри встановлення також є даними, які необхідно отримати, або оригінальне креслення зовнішнього вигляду двигуна, або розміри монтажного інтерфейсу, розміри фундаменту та місце розташування двигуна. Якщо на місці є обмеження простору, може знадобитися змінити спосіб охолодження двигуна, розташування вивідної коробки двигуна тощо.
4.6 Інші фактори навколишнього середовища
Багато інших факторів навколишнього середовища впливають на вибір двигуна, такі як забруднення пилом або маслом, що впливають на рівень захисту двигуна; наприклад, у морському середовищі або середовищі з високим рівнем pH двигун повинен бути розроблений для захисту від корозії; у середовищі з високою вібрацією та великою висотою існують інші конструктивні міркування.
4.7 Дослідження вихідних параметрів асинхронного двигуна та умов експлуатації
(1) Дані на заводській табличці: номінальна напруга, номінальна швидкість, номінальний струм, номінальний коефіцієнт потужності, ефективність, модель та інші параметри
(2) Спосіб встановлення: отримати оригінальне креслення зовнішнього вигляду двигуна, зображення 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 застосувань з важким пуском та легким ходом. Просування та використання синхронних двигунів з постійними магнітами має позитивні економічні та соціальні переваги, а також 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 – це одноразова інвестиція з довгостроковими перевагами.
Компанія Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) вже 17 років спеціалізується на дослідженнях, розробці, виробництві та продажу надвисокоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами. Її продукція охоплює повний спектр високовольтних, низьковольтних, постійної частоти, змінної частоти, звичайних, вибухобезпечних, прямих приводів, електричних роликів та універсальних машин, прагнучи забезпечити більш ефективну рушійну силу для промислового обладнання.
Двигуни з постійними магнітами Anhui Mingteng мають такі ж зовнішні монтажні розміри, як і широко використовувані в даний час асинхронні двигуни, і можуть повністю замінити асинхронні двигуни. Крім того, наша професійна технічна команда розробляє та надає клієнтам безкоштовні рішення для трансформації. Якщо вам потрібно трансформувати асинхронні двигуни, будь ласка, не соромтеся звертатися до нас, і ми будемо вам раді!
Час публікації: 23 серпня 2024 р.