З розвитком матеріалів з рідкісноземельних постійних магнітів у 1970-х роках з'явилися двигуни з постійними магнітами на основі рідкісноземельних металів. Двигуни з постійними магнітами використовують рідкісноземельні постійні магніти для збудження, і постійні магніти можуть генерувати постійні магнітні поля після намагнічування. Їхні характеристики збудження чудові, і вони перевершують двигуни з електричним збудженням з точки зору стабільності, якості та зменшення втрат, що сколихнуло традиційний ринок двигунів.

В останні роки, завдяки швидкому розвитку сучасної науки і техніки, поступово покращилися характеристики та технологія електромагнітних матеріалів, особливо рідкоземельних електромагнітних матеріалів. У поєднанні зі швидким розвитком силової електроніки, технології передачі енергії та технології автоматичного керування, характеристики синхронних двигунів з постійними магнітами стають все кращими та кращими.

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

1. Основи розробки синхронного двигуна з постійними магнітами

a.Застосування високопродуктивних рідкоземельних матеріалів з постійними магнітами

Рідкісноземельні постійні магнітні матеріали пройшли три стадії: SmCo5, Sm2Co17 та Nd2Fe14B. Наразі постійні магнітні матеріали, представлені NdFeB, стали найпоширенішим типом рідкоземельних постійних магнітних матеріалів завдяки своїм чудовим магнітним властивостям. Розробка матеріалів для постійних магнітів стимулювала розробку двигунів з постійними магнітами.

Порівняно з традиційним трифазним асинхронним двигуном з електричним збудженням, постійний магніт замінює полюс електричного збудження, спрощує конструкцію, усуває контактне кільце та щітку ротора, реалізує безщіткову структуру та зменшує розмір ротора. Це покращує щільність потужності, щільність крутного моменту та робочу ефективність двигуна, робить двигун меншим та легшим, що ще більше розширює сферу його застосування та сприяє розвитку електродвигунів у напрямку більшої потужності.

b.Застосування нової теорії управління

В останні роки алгоритми керування швидко розвивалися. Серед них алгоритми векторного керування в принципі вирішили проблему стратегії керування двигунами змінного струму, забезпечивши двигунам змінного струму хороші характеристики керування. Поява прямого керування крутним моментом спрощує структуру керування та має характеристики високої продуктивності схеми для зміни параметрів та швидкої динамічної реакції крутного моменту. Технологія непрямого керування крутним моментом вирішує проблему великих пульсацій крутного моменту прямого крутного моменту на низькій швидкості та підвищує швидкість і точність керування двигуном.

c.Застосування високопродуктивних силових електронних пристроїв та процесорів

Сучасна технологія силової електроніки є важливим інтерфейсом між інформаційною індустрією та традиційними галузями промисловості, а також мостом між слабким струмом та керованим сильним струмом. Розвиток технології силової електроніки дозволяє реалізувати стратегії керування приводом.

У 1970-х роках з'явилася серія інверторів загального призначення, які могли перетворювати потужність промислової частоти на потужність змінної частоти з плавно регульованою частотою, створюючи таким чином умови для регулювання швидкості змінного струму зі змінною частотою. Ці інвертори мають можливість плавного пуску після встановлення частоти, причому частота може зростати від нуля до встановленої частоти з певною швидкістю, а швидкість зростання може плавно регулюватися 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 на постійних магнітах. У той час характеристики матеріалів з постійними магнітами були відносно низькими, а коерцитивна сила та залишкова сила постійних магнітів були занадто низькими, тому їх незабаром замінили двигунами з електричним збудженням.

У 1970-х роках рідкоземельні постійні магнітні матеріали, представлені NdFeB, мали велику коерцитивну силу, залишкову ємність, сильну здатність до розмагнічування та великий магнітний енергетичний продукт, що зробило синхронні двигуни з постійними магнітами високої потужності в 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 розвивалися. З розвитком мікрокомп'ютерних технологій та технологій автоматичного керування, синхронні двигуни з постійними магнітами широко використовуються в різних галузях. Завдяки розвитку суспільства, вимоги людей до синхронних двигунів з постійними магнітами стали жорсткішими, що спонукало двигуни з постійними магнітами розвиватися в напрямку ширшого діапазону регулювання швидкості та вищої точності керування. Завдяки вдосконаленню сучасних виробничих процесів, високопродуктивні матеріали з постійними магнітами отримали подальший розвиток. Це значно знижує їх вартість та поступово застосовує їх у різних сферах життя.

3. Сучасні технології

a. Технологія проектування синхронного двигуна з постійними магнітами

Порівняно зі звичайними електродвигунами збудження, синхронні двигуни з постійними магнітами не мають обмоток збудження, колекторних кілець та корпусів збудження, що значно покращує не тільки стабільність та надійність, але й ефективність.

Серед них вбудовані двигуни з постійними магнітами мають переваги високої ефективності, високого коефіцієнта потужності, високої питомої потужності, сильної можливості розширення швидкості при слабких магнітах та швидкої динамічної реакції, що робить їх ідеальним вибором для керування двигунами.

Постійні магніти забезпечують повне магнітне поле збудження двигунів з постійними магнітами, а крутний момент зубчастого обертання збільшить вібрацію та шум двигуна під час роботи. Надмірний крутний момент зубчастого обертання вплине на низькошвидкісну роботу системи регулювання швидкості двигуна та високоточне позиціонування системи регулювання положення. Тому під час проектування двигуна крутний момент зубчастого обертання слід максимально зменшити шляхом оптимізації двигуна.

Згідно з дослідженнями, загальні методи зменшення моменту зубчастого обертання включають зміну коефіцієнта дуги полюса, зменшення ширини паза статора, узгодження скошеного паза та паза полюса, зміну положення, розміру та форми магнітного полюса тощо. Однак слід зазначити, що зменшення моменту зубчастого обертання може вплинути на інші характеристики двигуна, наприклад, електромагнітний момент може відповідно зменшитися. Тому під час проектування слід максимально збалансувати різні фактори для досягнення найкращої продуктивності двигуна.

b.Технологія моделювання синхронного двигуна з постійними магнітами

Наявність постійних магнітів у двигунах з постійними магнітами ускладнює для конструкторів розрахунок параметрів, таких як коефіцієнт потоку розсіювання холостого ходу та коефіцієнт полюсної дуги. Зазвичай для розрахунку та оптимізації параметрів двигунів з постійними магнітами використовується програмне забезпечення для аналізу методом скінченних елементів. Програмне забезпечення для аналізу методом скінченних елементів може дуже точно розрахувати параметри двигуна, і його використання для аналізу впливу параметрів двигуна на продуктивність є дуже надійним.

Метод розрахунку скінченних елементів спрощує, пришвидшує та підвищує точність розрахунку та аналізу електромагнітного поля двигунів. Це числовий метод, розроблений на основі методу різниці, який широко використовується в науці та техніці. Використовуйте математичні методи для дискретизації деяких областей неперервного розв'язку на групи одиниць, а потім інтерполюйте в кожній одиниці. Таким чином, формується лінійна інтерполяційна функція, тобто моделюється та аналізується наближена функція за допомогою скінченних елементів, що дозволяє нам інтуїтивно спостерігати напрямок ліній магнітного поля та розподіл щільності магнітного потоку всередині двигуна.

c.Технологія керування синхронним двигуном з постійними магнітами

Покращення продуктивності систем електроприводів також має велике значення для розвитку галузі промислового керування. Це дозволяє системі працювати з найкращою продуктивністю. Її основні характеристики відображаються на низькій швидкості, особливо у випадку швидкого запуску, статичного прискорення тощо, вона може видавати великий крутний момент; а при русі на високій швидкості вона може досягати постійного регулювання потужності та швидкості в широкому діапазоні. У таблиці 1 порівнюються продуктивність кількох основних двигунів.

Як видно з таблиці 1, двигуни з постійними магнітами мають добру надійність, широкий діапазон швидкостей та високий ККД. У поєднанні з відповідним методом керування вся система двигуна може досягти найкращої продуктивності. Тому необхідно вибрати відповідний алгоритм керування для досягнення ефективного регулювання швидкості, щоб система приводу двигуна могла працювати у відносно широкому діапазоні 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 та хороші економічні вигоди. Він широко використовується в моторних приводах, залізничному транспорті та сервоприводах верстатів. Через різні способи використання, сучасна стратегія векторного керування також відрізняється.

4. Характеристики синхронного двигуна з постійними магнітами

Синхронний двигун з постійними магнітами має просту структуру, низькі втрати та високий коефіцієнт потужності. Порівняно з двигуном з електричним збудженням, оскільки немає щіток, комутаторів та інших пристроїв, не потрібен реактивний струм збудження, тому струм статора та втрати опору менші, ККД вищий, момент збудження більший, а характеристики керування кращі. Однак є й недоліки, такі як висока вартість та складність запуску. Завдяки застосуванню технологій 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 залучатимуть більше людей до проведення масштабних досліджень.

5. Технічні характеристики синхронного двигуна з постійними магнітами Anhui Mingteng

a. Двигун має високий коефіцієнт потужності та високий коефіцієнт якості енергосистеми. Компенсатор коефіцієнта потужності не потрібен, а потужність обладнання підстанції може бути використана повністю;

b. Двигун з постійними магнітами збуджується постійними магнітами та працює синхронно. Пульсації швидкості відсутні, а опір трубопроводу не збільшується під час роботи вентиляторів та насосів;

c. Двигун з постійними магнітами може бути розроблений з високим пусковим моментом (більш ніж у 3 рази) та високою перевантажувальною здатністю за потреби, таким чином вирішуючи явище "великий кінь тягне маленький віз";

d. Реактивний струм звичайного асинхронного двигуна зазвичай становить приблизно в 0,5-0,7 раза більше номінального струму. Синхронний двигун з постійними магнітами Mingteng не потребує струму збудження. Реактивний струм двигуна з постійними магнітами та асинхронного двигуна відрізняється приблизно на 50%, а фактичний робочий струм приблизно на 15% нижчий, ніж у асинхронного двигуна;

е. Двигун може бути розроблений для безпосереднього запуску, а зовнішні монтажні розміри такі ж, як і у широко використовуваних асинхронних двигунів, що дозволяє повністю замінити асинхронні двигуни;

f. Додавання драйвера може забезпечити м'який пуск, м'яку зупинку та безступінчасте регулювання швидкості з хорошою динамікою та подальшим покращенням енергозбереження;

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

h. Для підвищення ефективності системи, скорочення ланцюга передачі та зменшення витрат на технічне обслуговування можуть бути розроблені та виготовлені високошвидкісні та низькошвидкісні синхронні двигуни з постійними магнітами прямого приводу, що відповідають високим вимогам користувачів.

Аньхойська компанія з виробництва постійних магнітів та електрообладнання Мінтенг (https://www.mingtengmotor.com/) була заснована у 2007 році. Це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на дослідженнях, розробках, виробництві та продажу надвисокоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами. Компанія використовує сучасну теорію проектування двигунів, професійне програмне забезпечення для проектування та власну програму проектування двигунів з постійними магнітами для моделювання електромагнітного поля, поля рідини, температурного поля, поля напружень тощо двигуна з постійними магнітами, оптимізації структури магнітного кола, підвищення рівня енергоефективності двигуна та принципового забезпечення надійного використання двигуна з постійними магнітами.

Авторське право: Ця стаття є передруком публічного номера WeChat «Motor Alliance», оригінальне посиланняhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

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