Co desenvolvemento de materiais de imáns permanentes de terras raras na década de 1970, xurdiron os motores de imáns permanentes de terras raras. Os motores de imáns permanentes usan imáns permanentes de terras raras para a excitación, e os imáns permanentes poden xerar campos magnéticos permanentes despois da magnetización. O seu rendemento de excitación é excelente e é superior aos motores de excitación eléctricos en termos de estabilidade, calidade e redución de perdas, o que axitou o mercado de motores tradicionais.

Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía modernas, o rendemento e a tecnoloxía dos materiais electromagnéticos, especialmente os materiais electromagnéticos de terras raras, melloráronse gradualmente. Xunto co rápido desenvolvemento da electrónica de potencia, a tecnoloxía de transmisión de potencia e a tecnoloxía de control automático, o rendemento dos motores síncronos de imán permanente é cada vez mellor.

Ademais, os motores síncronos de imán permanente teñen as vantaxes de ser lixeiros, estrutura sinxela, tamaño pequeno, boas características e alta densidade de potencia. Moitas institucións e empresas de investigación científica están a levar a cabo activamente a investigación e o desenvolvemento de motores síncronos de imán permanente, e as súas áreas de aplicación ampliaranse aínda máis.

1. Base de desenvolvemento do motor síncrono de imán permanente

a. Aplicación de materiais magnéticos permanentes de terras raras de alto rendemento

Os materiais de imán permanente de terras raras pasaron por tres etapas: SmCo5, Sm2Co17 e Nd2Fe14B. Na actualidade, os materiais de imán permanente representados por NdFeB convertéronse no tipo máis utilizado de materiais de imán permanente de terras raras debido ás súas excelentes propiedades magnéticas. O desenvolvemento de materiais de imán permanente impulsou o desenvolvemento de motores de imán permanente.

En comparación co motor de indución trifásico tradicional con excitación eléctrica, o imán permanente substitúe o polo de excitación eléctrica, simplifica a estrutura, elimina o anel deslizante e a escobilla do rotor, realiza a estrutura sen escobillas e reduce o tamaño do rotor. Isto mellora a densidade de potencia, a densidade de par e a eficiencia de traballo do motor, e fai que o motor sexa máis pequeno e lixeiro, ampliando aínda máis o seu campo de aplicación e promovendo o desenvolvemento de motores eléctricos cara a unha maior potencia.

b. Aplicación da nova teoría de control

Nos últimos anos, os algoritmos de control desenvolvéronse rapidamente. Entre eles, os algoritmos de control vectorial resolveron en principio o problema da estratexia de condución dos motores de CA, facendo que os motores de CA teñan un bo rendemento de control. A aparición do control de par directo simplifica a estrutura de control e ten as características dun forte rendemento do circuíto para cambios de parámetros e unha rápida velocidade de resposta dinámica de par. A tecnoloxía de control de par indirecto resolve o problema da gran pulsación de par do par directo a baixa velocidade e mellora a velocidade e a precisión do control do motor.

c. Aplicación de dispositivos e procesadores electrónicos de potencia de alto rendemento

A tecnoloxía moderna da electrónica de potencia é unha interface importante entre a industria da información e as industrias tradicionais, e unha ponte entre a corrente débil e a corrente forte controlada. O desenvolvemento da tecnoloxía da electrónica de potencia permite a realización de estratexias de control de accionamento.

Na década de 1970, apareceu unha serie de inversores de uso xeral que podían converter a potencia de frecuencia industrial en potencia de frecuencia variable con frecuencia continuamente axustable, creando así as condicións para a regulación da velocidade de frecuencia variable da enerxía CA. Estes inversores teñen capacidade de arranque suave despois de establecer a frecuencia, e a frecuencia pode aumentar de cero á frecuencia establecida a unha determinada velocidade, e a velocidade de aumento pódese axustar continuamente dentro dun amplo rango, resolvendo o problema de arranque dos motores síncronos.

2. Estado de desenvolvemento dos motores síncronos de imán permanente no país e no estranxeiro

O primeiro motor da historia foi un motor de imán permanente. Naquel momento, o rendemento dos materiais de imán permanente era relativamente deficiente e a forza coercitiva e a remanencia dos imáns permanentes eran demasiado baixas, polo que foron substituídos axiña por motores de excitación eléctrica.

Na década de 1970, os materiais de terras raras de imán permanente representados por NdFeB tiñan unha gran forza coercitiva, remanencia, forte capacidade de desmagnetización e un gran produto de enerxía magnética, o que fixo que os motores síncronos de imán permanente de alta potencia aparecesen no escenario da historia. Agora, a investigación sobre motores síncronos de imán permanente está a madurar cada vez máis e está a desenvolverse cara a alta velocidade, alto par, alta potencia e alta eficiencia.

Nos últimos anos, co forte investimento de estudosos nacionais e do goberno, os motores síncronos de imán permanente desenvolvéronse rapidamente. Co desenvolvemento da tecnoloxía de microinformáticos e da tecnoloxía de control automático, os motores síncronos de imán permanente utilizáronse amplamente en diversos campos. Debido ao progreso da sociedade, os requisitos da xente para os motores síncronos de imán permanente volvéronse máis estritos, o que levou aos motores de imán permanente a desenvolverse cara a un rango de regulación de velocidade maior e un control de maior precisión. Debido á mellora dos procesos de produción actuais, os materiais de imán permanente de alto rendemento desenvolveronse aínda máis. Isto reduce considerablemente o seu custo e aplícao gradualmente a diversos campos da vida.

3. Tecnoloxía actual

a. Tecnoloxía de deseño de motores síncronos de imán permanente

En comparación cos motores de excitación eléctricos ordinarios, os motores síncronos de imán permanente non teñen enrolamentos de excitación eléctrica, aneis colectores nin armarios de excitación, o que mellora moito non só a estabilidade e a fiabilidade, senón tamén a eficiencia.

Entre eles, os motores de imán permanente incorporados teñen as vantaxes dunha alta eficiencia, un alto factor de potencia, unha alta densidade de potencia unitaria, unha forte capacidade de expansión da velocidade magnética débil e unha rápida velocidade de resposta dinámica, o que os converte nunha opción ideal para impulsar motores.

Os imáns permanentes proporcionan todo o campo magnético de excitación dos motores de imáns permanentes, e o par de engrenaxe aumentará a vibración e o ruído do motor durante o funcionamento. Un par de engrenaxe excesivo afectará o rendemento a baixa velocidade do sistema de control de velocidade do motor e o posicionamento de alta precisión do sistema de control de posición. Polo tanto, ao deseñar o motor, o par de engrenaxe debe reducirse o máximo posible mediante a optimización do motor.

Segundo a investigación, os métodos xerais para reducir o par de engrenaxe inclúen cambiar o coeficiente do arco polar, reducir o ancho da rañura do estator, a coincidencia da rañura de oblicuidade e a rañura polar, cambiar a posición, o tamaño e a forma do polo magnético, etc. Non obstante, débese ter en conta que ao reducir o par de engrenaxe, pode afectar o rendemento doutros elementos do motor, como o par electromagnético que pode diminuír en consecuencia. Polo tanto, ao deseñar, débense equilibrar o máximo posible varios factores para lograr o mellor rendemento do motor.

b. Tecnoloxía de simulación de motores síncronos de imán permanente

A presenza de imáns permanentes nos motores de imáns permanentes dificulta que os deseñadores calculen parámetros, como o deseño do coeficiente de fluxo de fuga sen carga e o coeficiente de arco polar. Xeralmente, o software de análise de elementos finitos úsase para calcular e optimizar os parámetros dos motores de imáns permanentes. O software de análise de elementos finitos pode calcular os parámetros do motor con moita precisión e é moi fiable usalo para analizar o impacto dos parámetros do motor no rendemento.

O método de cálculo por elementos finitos facilita, axúdanos a calcular e analizar o campo electromagnético dos motores, o que fai que sexa máis doado, rápido e preciso. Trátase dun método numérico desenvolvido baseándose no método da diferenza e que se utilizou amplamente na ciencia e na enxeñaría. Empréganse métodos matemáticos para discretizar algúns dominios de solucións continuas en grupos de unidades e, a continuación, interpolar en cada unidade. Deste xeito, fórmase unha función de interpolación lineal, é dicir, simúlase e analízase unha función aproximada mediante elementos finitos, o que nos permite observar intuitivamente a dirección das liñas de campo magnético e a distribución da densidade de fluxo magnético dentro do motor.

c. Tecnoloxía de control de motores síncronos de imán permanente

Mellorar o rendemento dos sistemas de accionamento de motores tamén é de grande importancia para o desenvolvemento do campo do control industrial. Permite que o sistema sexa impulsado co mellor rendemento. As súas características básicas reflíctense na baixa velocidade, especialmente no caso de arranques rápidos, aceleración estática, etc., pode xerar un gran par motor; e cando se conduce a alta velocidade, pode lograr un control de velocidade de potencia constante nun amplo rango. A táboa 1 compara o rendemento de varios motores importantes.

Como se pode ver na Táboa 1, os motores de imán permanente teñen boa fiabilidade, amplo rango de velocidade e alta eficiencia. Se se combinan co método de control correspondente, todo o sistema motor pode acadar o mellor rendemento. Polo tanto, é necesario seleccionar un algoritmo de control axeitado para lograr unha regulación de velocidade eficiente, de xeito que o sistema de accionamento do motor poida funcionar nunha área de regulación de velocidade relativamente ampla e nun rango de potencia constante.

O método de control vectorial úsase amplamente no algoritmo de control de velocidade do motor de imán permanente. Ten as vantaxes dun amplo rango de regulación de velocidade, alta eficiencia, alta fiabilidade, boa estabilidade e bos beneficios económicos. Úsase amplamente en accionamentos de motores, transporte ferroviario e servomotores de máquinas-ferramenta. Debido aos diferentes usos, a estratexia de control vectorial adoptada actualmente tamén é diferente.

4. Características do motor síncrono de imán permanente

O motor síncrono de imán permanente ten unha estrutura simple, baixas perdas e un factor de potencia elevado. En comparación co motor de excitación eléctrico, debido á ausencia de escobillas, conmutadores e outros dispositivos, non se require corrente de excitación reactiva, polo que a corrente do estator e a perda de resistencia son menores, a eficiencia é maior, o par de excitación é maior e o rendemento de control é mellor. Non obstante, existen desvantaxes como o alto custo e a dificultade de arranque. Debido á aplicación da tecnoloxía de control nos motores, especialmente á aplicación de sistemas de control vectorial, os motores síncronos de imán permanente poden lograr unha regulación de velocidade de amplo rango, unha resposta dinámica rápida e un control de posicionamento de alta precisión, polo que os motores síncronos de imán permanente atraerán a máis xente para realizar investigacións exhaustivas.

5. Características técnicas do motor síncrono de imán permanente Anhui Mingteng

a. O motor ten un factor de potencia elevado e un factor de calidade da rede eléctrica elevado. Non se require compensador do factor de potencia e pódese aproveitar ao máximo a capacidade do equipo da subestación;

b. O motor de imán permanente excítase mediante imáns permanentes e funciona de forma síncrona. Non hai pulsación de velocidade e a resistencia da tubaxe non aumenta ao accionar ventiladores e bombas;

c. O motor de imán permanente pódese deseñar cun par de arranque elevado (máis de 3 veces) e unha alta capacidade de sobrecarga segundo sexa necesario, o que resolve o fenómeno de "cabalo grande tirando dun carro pequeno";

d. A corrente reactiva dun motor asíncrono ordinario é xeralmente de aproximadamente 0,5 a 0,7 veces a corrente nominal. O motor síncrono de imán permanente Mingteng non precisa corrente de excitación. A corrente reactiva do motor de imán permanente e do motor asíncrono difire aproximadamente nun 50 %, e a corrente de funcionamento real é aproximadamente un 15 % inferior á do motor asíncrono;

e. O motor pode ser deseñado para arrancar directamente e as dimensións de instalación externas son as mesmas que as dos motores asíncronos amplamente utilizados na actualidade, que poden substituír completamente os motores asíncronos;

f. Engadir un controlador pode conseguir un arranque suave, unha parada suave e unha regulación de velocidade continua, cunha boa resposta dinámica e un efecto de aforro de enerxía aínda mellorado;

g. O motor ten moitas estruturas topolóxicas que cumpren directamente os requisitos fundamentais dos equipos mecánicos nunha ampla gama e en condicións extremas;

h. Para mellorar a eficiencia do sistema, acurtar a cadea de transmisión e reducir os custos de mantemento, pódense deseñar e fabricar motores síncronos de imán permanente de accionamento directo de alta e baixa velocidade para satisfacer os requisitos máis esixentes dos usuarios.

Anhui Mingteng Maquinaria Magnética Permanente e Equipamento Eléctrico Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) foi fundada en 2007. É unha empresa de alta tecnoloxía especializada na investigación e desenvolvemento, produción e venda de motores síncronos de imán permanente de ultra alta eficiencia. A empresa emprega unha teoría moderna de deseño de motores, software de deseño profesional e un programa de deseño de motores de imán permanente de desenvolvemento propio para simular o campo electromagnético, o campo de fluídos, o campo de temperatura, o campo de tensión, etc. do motor de imán permanente, optimizar a estrutura do circuíto magnético, mellorar o nivel de eficiencia enerxética do motor e garantir fundamentalmente o uso fiable do motor de imán permanente.

Dereitos de autor: Este artigo é unha reimpresión do número público de WeChat "Motor Alliance", a ligazón orixinalhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Este artigo non representa os puntos de vista da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!