Az 1970-es években a ritkaföldfém permanens mágneses anyagok kifejlesztésével megjelentek a ritkaföldfém permanens mágneses motorok. Az permanens mágneses motorok ritkaföldfém permanens mágneseket használnak gerjesztésre, és az permanens mágnesek mágnesezés után permanens mágneses mezőket tudnak létrehozni. Gerjesztési teljesítményük kiváló, és stabilitás, minőség és veszteségcsökkentés tekintetében felülmúlja az elektromos gerjesztő motorokat, ami megrázta a hagyományos motorpiacot.

Az elmúlt években a modern tudomány és technológia gyors fejlődésével az elektromágneses anyagok, különösen a ritkaföldfém elektromágneses anyagok teljesítménye és technológiája fokozatosan javult. A teljesítményelektronika, az erőátviteli technológia és az automatikus vezérléstechnika gyors fejlődésével párosulva az állandó mágneses szinkronmotorok teljesítménye is egyre jobb.

Továbbá az állandó mágneses szinkronmotorok előnyei közé tartozik a könnyű súly, az egyszerű szerkezet, a kis méret, a jó tulajdonságok és a nagy teljesítménysűrűség. Számos tudományos kutatóintézet és vállalat aktívan kutatja és fejleszti az állandó mágneses szinkronmotorokat, és alkalmazási területeiket tovább fogják bővíteni.

1. Az állandó mágneses szinkronmotor fejlesztési alapjai

a. Nagy teljesítményű ritkaföldfém állandó mágneses anyagok alkalmazása

A ritkaföldfém permanens mágnesek három fejlődési szakaszon mentek keresztül: SmCo5, Sm2Co17 és Nd2Fe14B. Jelenleg az NdFeB által képviselt permanens mágneses anyagok a legszélesebb körben használt ritkaföldfém permanens mágneses anyagokká váltak kiváló mágneses tulajdonságaiknak köszönhetően. Az permanens mágneses anyagok fejlődése ösztönözte az permanens mágneses motorok fejlesztését.

A hagyományos, háromfázisú, elektromos gerjesztésű indukciós motorral összehasonlítva az állandó mágnes helyettesíti az elektromos gerjesztő pólust, leegyszerűsíti a szerkezetet, kiküszöböli a rotor csúszógyűrűjét és keféjét, kefe nélküli szerkezetet valósít meg, és csökkenti a rotor méretét. Ez javítja a motor teljesítménysűrűségét, nyomatéksűrűségét és működési hatékonyságát, valamint kisebb és könnyebb motort eredményez, tovább bővítve alkalmazási területét és elősegítve a villanymotorok fejlesztését a nagyobb teljesítmény felé.

b. Új szabályozáselmélet alkalmazása

Az utóbbi években a szabályozási algoritmusok gyorsan fejlődtek. Ezek közül a vektorszabályozási algoritmusok elvileg megoldották a váltakozó áramú motorok hajtási stratégiájának problémáját, így a váltakozó áramú motorok jó szabályozási teljesítményt nyújtottak. A közvetlen nyomatékszabályozás megjelenése egyszerűbbé teszi a szabályozási struktúrát, és erős áramköri teljesítményt nyújt a paraméterváltozások esetén, valamint gyors nyomatékdinamikai válaszidőt biztosít. A közvetett nyomatékszabályozási technológia megoldja a közvetlen nyomaték nagy nyomatékpulzációjának problémáját alacsony fordulatszámon, és javítja a motor sebességét és szabályozási pontosságát.

c. Nagy teljesítményű teljesítményelektronikai eszközök és processzorok alkalmazása

A modern teljesítményelektronikai technológia fontos kapcsolódási pont az információs ipar és a hagyományos iparágak között, valamint hidat képez a gyengeáram és a szabályozott erősáram között. A teljesítményelektronikai technológia fejlődése lehetővé teszi a hajtásvezérlési stratégiák megvalósítását.

Az 1970-es években megjelent egy sor általános célú inverter, amelyek az ipari frekvenciájú energiát folyamatosan állítható frekvenciájú, változtatható frekvenciájú energiává tudták alakítani, ezáltal megteremtve a feltételeket a váltakozó áramú teljesítmény változtatható frekvenciájú sebességszabályozásához. Ezek az inverterek lágyindítási képességgel rendelkeznek a frekvencia beállítása után, és a frekvencia nulláról a beállított frekvenciára bizonyos ütemben emelkedhet, az emelkedési ütem pedig széles tartományon belül folyamatosan állítható, megoldva a szinkronmotorok indítási problémáját.

2. Az állandó mágneses szinkronmotorok fejlesztési állapota itthon és külföldön

A történelem első motorja egy permanens mágneses motor volt. Abban az időben az állandó mágneses anyagok teljesítménye viszonylag gyenge volt, az állandó mágnesek kényszerítő ereje és remanenciája pedig túl alacsony volt, ezért hamarosan elektromos gerjesztőmotorok váltották fel őket.

Az 1970-es években a NdFeB által képviselt ritkaföldfém állandó mágneses anyagok nagy kényszerítő erővel, remanenciával, erős demagnetizációs képességgel és nagy mágneses energiaszorzattal rendelkeztek, ami a nagy teljesítményű állandó mágneses szinkronmotorok történetének színpadára való megjelenését eredményezte. Napjainkban az állandó mágneses szinkronmotorokkal kapcsolatos kutatások egyre érettebbek, és a nagy sebesség, a nagy nyomaték, a nagy teljesítmény és a nagy hatásfok felé haladnak.

Az elmúlt években a hazai tudósok és a kormányzat jelentős befektetéseinek köszönhetően az állandó mágneses szinkronmotorok gyorsan fejlődtek. A mikroszámítógépes technológia és az automatikus vezérléstechnika fejlődésével az állandó mágneses szinkronmotorokat széles körben alkalmazzák különböző területeken. A társadalmi fejlődésnek köszönhetően az emberek igényei az állandó mágneses szinkronmotorokkal szemben szigorúbbak lettek, ami arra késztette az állandó mágneses motorokat, hogy nagyobb sebességszabályozási tartományt és nagyobb pontosságú vezérlést biztosítsanak. A jelenlegi gyártási folyamatok javulásának köszönhetően a nagy teljesítményű állandó mágneses anyagok továbbfejlődtek. Ez jelentősen csökkenti a költségeket, és fokozatosan alkalmazható az élet különböző területein.

3. Jelenlegi technológia

a. Állandó mágneses szinkronmotor-tervezési technológia

A hagyományos elektromos gerjesztőmotorokkal összehasonlítva az állandó mágneses szinkronmotoroknak nincsenek elektromos gerjesztőtekercseik, kollektorgyűrűik és gerjesztőszekrényeik, ami nemcsak a stabilitást és a megbízhatóságot, hanem a hatékonyságot is jelentősen javítja.

Közülük a beépített állandó mágneses motorok előnyei közé tartozik a nagy hatásfok, a nagy teljesítménytényező, a nagy egységnyi teljesítménysűrűség, az erős gyenge mágneses sebességbővítési képesség és a gyors dinamikus válaszsebesség, így ideális választást jelentenek motorok meghajtásához.

Az állandó mágneses motorok teljes gerjesztő mágneses mezőjét állandó mágnesek biztosítják, és a fogazott nyomaték növeli a motor rezgését és zaját működés közben. A túlzott fogazott nyomaték befolyásolja a motor fordulatszám-szabályozó rendszerének alacsony fordulatszámon nyújtott teljesítményét és a pozíciószabályozó rendszer nagy pontosságú pozicionálását. Ezért a motor tervezésekor a fogazott nyomatékot a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell a motor optimalizálásával.

Kutatások szerint a fogazott nyomaték csökkentésének általános módszerei közé tartozik a pólusív-együttható változtatása, az állórész rés szélességének csökkentése, a ferde és pólusrés illesztése, a mágneses pólus helyzetének, méretének és alakjának megváltoztatása stb. Meg kell azonban jegyezni, hogy a fogazott nyomaték csökkentése befolyásolhatja a motor egyéb teljesítményét, például az elektromágneses nyomaték ennek megfelelően csökkenhet. Ezért a tervezés során a lehető legnagyobb mértékben egyensúlyba kell hozni a különböző tényezőket a legjobb motorteljesítmény elérése érdekében.

b. Állandó mágneses szinkronmotor-szimulációs technológia

Az állandó mágnesek jelenléte az állandó mágneses motorokban megnehezíti a tervezők számára a paraméterek kiszámítását, például a terhelés nélküli szivárgási fluxus együttható és a pólusív-együttható tervezését. Általában végeselemes analízis szoftvereket használnak az állandó mágneses motorok paramétereinek kiszámítására és optimalizálására. A végeselemes analízis szoftverek nagyon pontosan képesek kiszámítani a motorparamétereket, és nagyon megbízhatóan használhatók a motorparaméterek teljesítményre gyakorolt ​​hatásának elemzésére.

A végeselemes számítási módszer megkönnyíti, gyorsabbá és pontosabbá teszi a motorok elektromágneses terének kiszámítását és elemzését. Ez egy numerikus módszer, amelyet a differenciamódszer alapján fejlesztettek ki, és széles körben alkalmazzák a tudományban és a mérnöki tudományokban. Matematikai módszerek segítségével diszkretizáljon néhány folytonos megoldási tartományt egységcsoportokra, majd interpoláljon minden egységben. Ily módon egy lineáris interpolációs függvény jön létre, azaz egy közelítő függvényt szimulál és elemez végeselemes módszerrel, ami lehetővé teszi számunkra, hogy intuitív módon megfigyeljük a mágneses térvonalak irányát és a mágneses fluxussűrűség eloszlását a motoron belül.

c. Állandó mágneses szinkronmotor-vezérlési technológia

A motoros hajtásrendszerek teljesítményének javítása az ipari vezérlés területének fejlődése szempontjából is nagy jelentőséggel bír. Lehetővé teszi a rendszer legjobb teljesítményen történő működtetését. Alapvető jellemzői abban tükröződnek, hogy alacsony fordulatszámon, különösen gyors indítás, statikus gyorsulás stb. esetén nagy nyomatékot tud leadni; nagy fordulatszámon haladva pedig állandó teljesítmény-fordulatszám-szabályozást tud elérni széles tartományban. Az 1. táblázat több jelentős motor teljesítményét hasonlítja össze.

Amint az az 1. táblázatból látható, az állandó mágneses motorok jó megbízhatósággal, széles fordulatszám-tartományban és nagy hatásfokkal rendelkeznek. A megfelelő szabályozási módszerrel kombinálva a teljes motorrendszer a legjobb teljesítményt érheti el. Ezért megfelelő szabályozási algoritmust kell választani a hatékony fordulatszám-szabályozás eléréséhez, hogy a motorhajtási rendszer viszonylag széles fordulatszám-szabályozási tartományban és állandó teljesítménytartományban működhessen.

A vektorvezérlési módszert széles körben alkalmazzák az állandó mágneses motorfordulatszám-szabályozási algoritmusokban. Előnyei a széles fordulatszám-szabályozási tartomány, a magas hatásfok, a nagyfokú megbízhatóság, a jó stabilitás és a jó gazdasági előnyök. Széles körben alkalmazzák motorhajtásokban, vasúti közlekedésben és szerszámgépek szervorendszereiben. A különböző felhasználási módok miatt a jelenleg alkalmazott vektorvezérlési stratégia is eltérő.

4. Az állandó mágneses szinkronmotor jellemzői

Az állandó mágneses szinkronmotor egyszerű szerkezettel, alacsony veszteséggel és magas teljesítménytényezővel rendelkezik. Az elektromos gerjesztőmotorral összehasonlítva, mivel nincsenek kefék, kommutátorok és egyéb eszközök, nincs szükség reaktív gerjesztőáramra, így az állórészáram és az ellenállásveszteség kisebb, a hatásfok magasabb, a gerjesztőnyomaték nagyobb, és a szabályozási teljesítmény jobb. Vannak azonban hátrányai is, mint például a magas költségek és az indítási nehézségek. A motorokban alkalmazott szabályozási technológia, különösen a vektorvezérlő rendszerek alkalmazása miatt az állandó mágneses szinkronmotorok széles tartományú fordulatszám-szabályozást, gyors dinamikus válaszidőt és nagy pontosságú pozicionálási szabályozást érhetnek el, így az állandó mágneses szinkronmotorok több embert vonzanak majd a kiterjedt kutatások elvégzésére.

5. Az Anhui Mingteng állandó mágneses szinkronmotor műszaki jellemzői

a. A motor nagy teljesítménytényezővel és a hálózat magas minőségi tényezőjével rendelkezik. Nincs szükség teljesítménytényező kompenzátorra, és az alállomási berendezések kapacitása teljes mértékben kihasználható;

b. Az állandó mágneses motort állandó mágnesek gerjesztik, és szinkronban működik. Nincs sebességingadozás, és a csővezeték ellenállása nem nő meg ventilátorok és szivattyúk meghajtásakor;

c. Az állandó mágneses motor nagy indítónyomatékkal (több mint háromszoros) és szükség szerint nagy túlterhelhetőségsel tervezhető, így megoldva a "nagy ló húzza a kis szekeret" jelenségét;

d. A hagyományos aszinkronmotorok meddőárama általában a névleges áram 0,5-0,7-szerese. A Mingteng állandó mágneses szinkronmotoroknak nincs szükségük gerjesztőáramra. Az állandó mágneses motor és az aszinkronmotor meddőárama körülbelül 50%-kal különbözik, és a tényleges üzemi áram körülbelül 15%-kal alacsonyabb, mint az aszinkronmotoré;

e. A motor közvetlenül indítható, és a külső beépítési méretek megegyeznek a jelenleg széles körben használt aszinkronmotorokéval, amelyek teljes mértékben helyettesíthetik az aszinkronmotorokat;

f. Egy meghajtó hozzáadásával lágyindítást, lágy leállítást és fokozatmentes sebességszabályozást lehet elérni, jó dinamikus válasszal és tovább javított energiatakarékos hatással;

g. A motor számos topológiai struktúrával rendelkezik, amelyek közvetlenül kielégítik a mechanikus berendezések alapvető követelményeit széles tartományban és szélsőséges körülmények között;

h. A rendszer hatékonyságának javítása, az átviteli lánc lerövidítése és a karbantartási költségek csökkentése érdekében a nagy és kis sebességű, közvetlen hajtású, állandó mágneses szinkronmotorok a felhasználók magasabb igényeinek kielégítésére tervezhetők és gyárthatók.

Anhui Mingteng Állandó Mágneses Gépek és Villamos Berendezések Kft. (https://www.mingtengmotor.com/) 2007-ben alakult. Egy csúcstechnológiás vállalat, amely ultra-nagy hatékonyságú állandó mágneses szinkronmotorok kutatására és fejlesztésére, gyártására és értékesítésére szakosodott. A vállalat modern motortervezési elméletet, professzionális tervezőszoftvert és saját fejlesztésű állandó mágneses motortervező programot alkalmaz az állandó mágneses motor elektromágneses mezőjének, folyadékmezőjének, hőmérsékleti mezőjének, feszültségmezőjének stb. szimulálására, a mágneses áramkör szerkezetének optimalizálására, a motor energiahatékonyságának javítására, és alapvetően az állandó mágneses motor megbízható használatának biztosítására.

Szerzői jog: Ez a cikk a WeChat nyilvános „Motor Alliance” számának, az eredeti linknek az újranyomtatása.https://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Ez a cikk nem képviseli cégünk álláspontját. Ha eltérő véleménye vagy nézőpontja van, kérjük, javítson ki minket!