З розробкою рідкоземельних постійних магнітних матеріалів у 1970-х роках з’явилися рідкоземельні двигуни з постійними магнітами. Двигуни з постійними магнітами використовують рідкоземельні постійні магніти для збудження, а постійні магніти можуть створювати постійні магнітні поля після намагнічування. Його продуктивність збудження чудова, і він перевершує електродвигуни збудження з точки зору стабільності, якості та зменшення втрат, що похитнуло традиційний ринок двигунів.

В останні роки, зі швидким розвитком сучасної науки і техніки, продуктивність і технологія електромагнітних матеріалів, особливо рідкоземельних електромагнітних матеріалів, поступово покращуються. У поєднанні зі швидким розвитком силової електроніки, технології передачі електроенергії та технології автоматичного керування продуктивність синхронних двигунів з постійними магнітами стає все кращою.

Крім того, синхронні двигуни з постійними магнітами мають такі переваги, як легка вага, проста конструкція, малий розмір, хороші характеристики та висока питома потужність. Багато науково-дослідних установ і підприємств активно проводять дослідження і розробки синхронних двигунів з постійними магнітами, і області їх застосування будуть розширюватися.

1. Основи розробки синхронного двигуна з постійним магнітом

a. Застосування високоефективних рідкоземельних постійних магнітних матеріалів

Рідкоземельні матеріали постійного магніту пройшли три стадії: SmCo5, Sm2Co17 і Nd2Fe14B. В даний час постійні магнітні матеріали, представлені NdFeB, стали найбільш широко використовуваним типом рідкоземельних постійних магнітних матеріалів завдяки своїм чудовим магнітним властивостям. Розвиток матеріалів з постійними магнітами призвів до розвитку двигунів з постійними магнітами.

У порівнянні з традиційним трифазним асинхронним двигуном з електричним збудженням постійний магніт замінює полюс електричного збудження, спрощує структуру, усуває кільце ковзання та щітку ротора, реалізує безщіточну структуру та зменшує розмір ротора. Це покращує щільність потужності, щільність крутного моменту та робочу ефективність двигуна, а також робить двигун меншим і легшим, ще більше розширюючи область його застосування та сприяючи розвитку електродвигунів у бік більшої потужності.

b. Застосування нової теорії управління

В останні роки алгоритми управління швидко розвиваються. Серед них алгоритми векторного керування в принципі вирішують проблему стратегії водіння двигунів змінного струму, завдяки чому двигуни змінного струму мають хороші характеристики керування. Поява прямого керування крутним моментом робить структуру керування простішою та має характеристики високої продуктивності схеми для зміни параметрів та швидкої швидкості динамічного відгуку крутного моменту. Технологія непрямого керування крутним моментом вирішує проблему великих пульсацій прямого крутного моменту на низькій швидкості та покращує швидкість і точність керування двигуном.

c. Застосування високопродуктивних силових електронних пристроїв і процесорів

Сучасні технології силової електроніки є важливим інтерфейсом між інформаційною індустрією та традиційними галузями промисловості, а також мостом між слабким струмом і контрольованим сильним струмом. Розвиток технологій силової електроніки дозволяє реалізувати стратегії керування приводами.

У 1970-х роках з'явилася серія інверторів загального призначення, які могли перетворювати потужність промислової частоти в потужність змінної частоти з безперервним регулюванням частоти, створюючи таким чином умови для регулювання швидкості змінної частоти живлення змінного струму. Ці інвертори мають можливість плавного пуску після встановлення частоти, і частота може підвищуватися від нуля до заданої частоти з певною швидкістю, і швидкість зростання можна безперервно регулювати в широкому діапазоні, вирішуючи проблему запуску синхронних двигунів.

2. Стан розвитку синхронних двигунів з постійними магнітами в країні та за кордоном

Першим двигуном в історії був двигун з постійними магнітами. У той час характеристики постійних магнітів були відносно низькими, а коерцитивна сила та залишкова намагніченість постійних магнітів були занадто низькими, тому їх незабаром замінили двигуни з електричним збудженням.

У 1970-х роках рідкоземельні матеріали постійного магніту, представлені NdFeB, мали велику коерцитивну силу, залишкову намагніченість, сильну здатність до розмагнічування та великий продукт магнітної енергії, що змусило високопотужні синхронні двигуни з постійними магнітами з’явитися на сцені історії. Зараз дослідження синхронних двигунів з постійними магнітами стають все більш зрілими та розвиваються в напрямку високої швидкості, високого крутного моменту, високої потужності та високої ефективності.

В останні роки, завдяки значним інвестиціям вітчизняних науковців та уряду, синхронні двигуни з постійними магнітами швидко розвиваються. З розвитком мікрокомп’ютерної технології та технології автоматичного керування синхронні двигуни з постійними магнітами широко використовуються в різних сферах. Завдяки прогресу суспільства вимоги людей до синхронних двигунів з постійними магнітами стали більш суворими, що спонукало двигуни з постійними магнітами розвиватися в напрямку більшого діапазону регулювання швидкості та більш високої точності керування. Завдяки вдосконаленню поточних виробничих процесів високоефективні матеріали постійного магніту отримали подальший розвиток. Це значно знижує його вартість і поступово застосовує його в різних сферах життя.

3. Сучасні технології

a. Технологія проектування синхронного двигуна з постійним магнітом

У порівнянні зі звичайними двигунами з електричним збудженням синхронні двигуни з постійними магнітами не мають обмоток електричного збудження, колекторних кілець і шаф збудження, що значно підвищує не тільки стабільність і надійність, але й ефективність.

Серед них вбудовані двигуни з постійними магнітами мають такі переваги, як високий ККД, високий коефіцієнт потужності, висока одинична щільність потужності, потужна слабка магнітна здатність розширення швидкості та швидка швидкість динамічного відгуку, що робить їх ідеальним вибором для приводних двигунів.

Постійні магніти забезпечують повне магнітне поле збудження двигунів з постійними магнітами, а крутний момент зубчастого колеса збільшить вібрацію та шум двигуна під час роботи. Надмірний крутний момент зубця вплине на низьку швидкість роботи системи керування швидкістю двигуна та високоточне позиціонування системи керування положенням. Таким чином, при проектуванні двигуна крутний момент зубчастого колеса слід максимально зменшити за допомогою оптимізації двигуна.

Згідно з дослідженнями, загальні методи зменшення крутного моменту включають зміну коефіцієнта полюсної дуги, зменшення ширини щілини статора, узгодження косої щілини та щілини полюса, зміну положення, розміру та форми магнітного полюса тощо. Однак , слід зазначити, що зменшення крутного моменту зубчастого колеса може вплинути на інші характеристики двигуна, наприклад електромагнітний крутний момент може відповідно зменшитися. Тому при проектуванні різні фактори повинні бути максимально збалансовані, щоб досягти найкращої продуктивності двигуна.

b. Технологія моделювання синхронного двигуна з постійним магнітом

Наявність постійних магнітів у двигунах з постійними магнітами ускладнює розробникам розрахунок параметрів, таких як конструкція коефіцієнта потоку витоку без навантаження та коефіцієнта полюсної дуги. Як правило, програмне забезпечення аналізу кінцевих елементів використовується для розрахунку та оптимізації параметрів двигунів з постійними магнітами. Програмне забезпечення для аналізу кінцевих елементів може дуже точно розрахувати параметри двигуна, і його використання для аналізу впливу параметрів двигуна на продуктивність є дуже надійним.

Метод скінченних елементів розрахунку дозволяє легше, швидше та точніше розраховувати та аналізувати електромагнітне поле двигунів. Це чисельний метод, розроблений на основі різницевого методу, який широко використовується в науці та техніці. Використовуйте математичні методи для дискретизації деяких безперервних областей розв’язання на групи одиниць, а потім інтерполяції в кожній одиниці. Таким чином формується лінійна інтерполяційна функція, тобто наближена функція моделюється та аналізується за допомогою кінцевих елементів, що дозволяє інтуїтивно спостерігати за напрямком силових ліній магнітного поля та розподілом щільності магнітного потоку всередині двигуна.

c. Технологія керування синхронним двигуном із постійним магнітом

Поліпшення продуктивності систем моторного приводу також має велике значення для розвитку галузі промислового керування. Це забезпечує роботу системи з найкращою продуктивністю. Його основні характеристики відображені в низькій швидкості, особливо у випадку швидкого запуску, статичного прискорення тощо, він може видавати великий крутний момент; і під час руху на високій швидкості він може досягти постійного контролю швидкості потужності в широкому діапазоні. У таблиці 1 порівнюються характеристики кількох основних двигунів.

Як видно з таблиці 1, двигуни з постійними магнітами мають гарну надійність, широкий діапазон швидкостей і високий ККД. У поєднанні з відповідним методом керування вся система двигуна може досягти найкращої продуктивності. Отже, необхідно вибрати відповідний алгоритм керування для досягнення ефективного регулювання швидкості, щоб система моторного приводу могла працювати у відносно широкій зоні регулювання швидкості та постійному діапазоні потужності.

Метод векторного керування широко використовується в алгоритмі керування швидкістю двигуна з постійними магнітами. Він має такі переваги, як широкий діапазон регулювання швидкості, висока ефективність, висока надійність, хороша стабільність і хороші економічні вигоди. Він широко використовується в моторному приводі, залізничному транспорті та сервоприводі верстатів. Через різне використання прийнята поточна стратегія контролю переносників також відрізняється.

4. Характеристики синхронного двигуна з постійними магнітами

Синхронний двигун з постійним магнітом має просту структуру, низькі втрати та високий коефіцієнт потужності. Порівняно з електродвигуном збудження, оскільки немає щіток, комутаторів та інших пристроїв, не потрібен реактивний струм збудження, тому струм статора та втрати опору менші, ефективність вище, крутний момент збудження більший, а ефективність керування краще. Однак є недоліки, такі як висока вартість і складність запуску. Завдяки застосуванню технології керування в двигунах, особливо застосуванню систем векторного керування, синхронні двигуни з постійними магнітами можуть досягати широкого діапазону регулювання швидкості, швидкої динамічної реакції та високоточного керування позиціонуванням, тому синхронні двигуни з постійними магнітами залучать більше людей до проведення великі дослідження.

5. Технічні характеристики синхронного двигуна з постійним магнітом Anhui Mingteng

a. Двигун має високу потужність і високу добротність електромережі. Компенсатор коефіцієнта потужності не потрібен, і потужність обладнання підстанції може бути використана повністю;

b. Двигун з постійними магнітами збуджується постійними магнітами і працює синхронно. Відсутня пульсація швидкості, не збільшується опір трубопроводу при приводі вентиляторів і насосів;

в. Двигун з постійними магнітами може бути розроблений із високим пусковим моментом (більш ніж у 3 рази) і високою здатністю до перевантаження за потреби, таким чином вирішуючи феномен «великий кінь тягне маленький візок»;

d. Реактивний струм звичайного асинхронного двигуна, як правило, приблизно в 0,5-0,7 разів перевищує номінальний струм. Синхронний двигун Mingteng з постійним магнітом не потребує струму збудження. Реактивний струм двигуна з постійними магнітами та асинхронного двигуна приблизно на 50% відрізняється, а фактичний робочий струм приблизно на 15% нижчий, ніж у асинхронного двигуна;

д. Двигун може бути розроблений для прямого запуску, а зовнішні монтажні розміри такі ж, як у широко використовуваних в даний час асинхронних двигунів, які можуть повністю замінити асинхронні двигуни;

f. Додавання драйвера може досягти плавного запуску, плавної зупинки та плавного регулювання швидкості з хорошою динамічною реакцією та подальшим покращенням ефекту енергозбереження;

g. Двигун має багато топологічних структур, які безпосередньо відповідають основним вимогам механічного обладнання в широкому діапазоні та в екстремальних умовах;

ч. Щоб підвищити ефективність системи, скоротити ланцюг передачі та зменшити витрати на технічне обслуговування, високошвидкісні та низькошвидкісні синхронні двигуни з постійним магнітом прямого приводу можуть бути розроблені та виготовлені відповідно до вищих вимог користувачів.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery&Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) було засновано в 2007 році. Це високотехнологічне підприємство, яке спеціалізується на дослідженні та розробці, виробництві та продажу надвисокоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами. Компанія використовує сучасну теорію конструкції двигуна, професійне програмне забезпечення для проектування та власно розроблену програму проектування двигуна з постійним магнітом для моделювання електромагнітного поля, поля рідини, температурного поля, поля напруги тощо двигуна з постійним магнітом, оптимізації структури магнітного кола, покращення рівень енергоефективності двигуна та принципово забезпечення надійного використання двигуна з постійними магнітами.

Авторське право: ця стаття є передруком загальнодоступного номера WeChat “Motor Alliance”, оригінальне посиланняhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Ця стаття не відображає поглядів нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, виправте нас!