Amb el desenvolupament de materials magnètics permanents de terres rares a la dècada de 1970, van sorgir els motors magnètics permanents de terres rares. Els motors magnètics permanents utilitzen imants permanents de terres rares per a l'excitació, i els imants permanents poden generar camps magnètics permanents després de la magnetització. El seu rendiment d'excitació és excel·lent i és superior als motors d'excitació elèctrics pel que fa a l'estabilitat, la qualitat i la reducció de pèrdues, cosa que ha sacsejat el mercat tradicional dels motors.

En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la ciència i la tecnologia modernes, el rendiment i la tecnologia dels materials electromagnètics, especialment els materials electromagnètics de terres rares, han anat millorant gradualment. Juntament amb el ràpid desenvolupament de l'electrònica de potència, la tecnologia de transmissió de potència i la tecnologia de control automàtic, el rendiment dels motors síncrons d'imants permanents és cada cop millor.

A més, els motors síncrons d'imants permanents tenen els avantatges de ser lleugers, estructura senzilla, mida petita, bones característiques i alta densitat de potència. Moltes institucions i empreses de recerca científica estan duent a terme activament la investigació i el desenvolupament de motors síncrons d'imants permanents, i les seves àrees d'aplicació s'ampliaran encara més.

1. Base de desenvolupament del motor síncron d'imant permanent

a. Aplicació de materials magnètics permanents de terres rares d'alt rendiment

Els materials magnètics permanents de terres rares han passat per tres etapes: SmCo5, Sm2Co17 i Nd2Fe14B. Actualment, els materials magnètics permanents representats per NdFeB s'han convertit en el tipus més utilitzat de materials magnètics permanents de terres rares a causa de les seves excel·lents propietats magnètiques. El desenvolupament de materials magnètics permanents ha impulsat el desenvolupament de motors magnètics permanents.

En comparació amb el motor d'inducció trifàsic tradicional amb excitació elèctrica, l'imant permanent substitueix el pol d'excitació elèctrica, simplifica l'estructura, elimina l'anell lliscant i el raspall del rotor, realitza l'estructura sense raspalls i redueix la mida del rotor. Això millora la densitat de potència, la densitat de parell i l'eficiència de treball del motor, i fa que el motor sigui més petit i lleuger, ampliant encara més el seu camp d'aplicació i promovent el desenvolupament de motors elèctrics cap a una major potència.

b. Aplicació de la nova teoria de control

En els darrers anys, els algoritmes de control s'han desenvolupat ràpidament. Entre ells, els algoritmes de control vectorial han resolt el problema de l'estratègia de conducció dels motors de corrent altern en principi, fent que els motors de corrent altern tinguin un bon rendiment de control. L'aparició del control de parell directe simplifica l'estructura de control i té les característiques d'un fort rendiment del circuit per a canvis de paràmetres i una ràpida velocitat de resposta dinàmica de parell. La tecnologia de control de parell indirecte resol el problema de la gran pulsació de parell del parell directe a baixa velocitat i millora la velocitat i la precisió del control del motor.

c. Aplicació de dispositius i processadors electrònics de potència d'alt rendiment

La tecnologia moderna de l'electrònica de potència és una interfície important entre la indústria de la informació i les indústries tradicionals, i un pont entre el corrent feble i el corrent fort controlat. El desenvolupament de la tecnologia de l'electrònica de potència permet la realització d'estratègies de control d'accionament.

A la dècada de 1970, va aparèixer una sèrie d'inversors d'ús general, que podien convertir la potència de freqüència industrial en potència de freqüència variable amb freqüència ajustable contínuament, creant així les condicions per a la regulació de la velocitat de freqüència variable de la potència de CA. Aquests inversors tenen capacitat d'arrencada suau després d'establir la freqüència, i la freqüència pot augmentar de zero a la freqüència establerta a una determinada velocitat, i la velocitat d'augment es pot ajustar contínuament dins d'un ampli rang, resolent el problema d'arrencada dels motors síncrons.

2. Estat de desenvolupament dels motors síncrons d'imants permanents al país i a l'estranger

El primer motor de la història va ser un motor d'imant permanent. En aquell moment, el rendiment dels materials d'imants permanents era relativament deficient, i la força coercitiva i la remanència dels imants permanents eren massa baixes, per la qual cosa aviat van ser substituïts per motors d'excitació elèctrica.

A la dècada de 1970, els materials magnètics permanents de terres rares representats per NdFeB tenien una gran força coercitiva, remanència, forta capacitat de desmagnetització i un gran producte d'energia magnètica, cosa que va fer que els motors síncrons d'imants permanents d'alta potència apareguessin a l'escenari de la història. Ara, la investigació sobre motors síncrons d'imants permanents és cada cop més madura i s'està desenvolupant cap a una alta velocitat, un parell elevat, una alta potència i una alta eficiència.

En els darrers anys, amb la forta inversió d'acadèmics nacionals i del govern, els motors síncrons d'imants permanents s'han desenvolupat ràpidament. Amb el desenvolupament de la tecnologia microinformàtica i la tecnologia de control automàtic, els motors síncrons d'imants permanents s'han utilitzat àmpliament en diversos camps. A causa del progrés de la societat, els requisits de les persones pel que fa als motors síncrons d'imants permanents s'han tornat més estrictes, cosa que ha impulsat els motors d'imants permanents a desenvolupar-se cap a un rang de regulació de velocitat més gran i un control de major precisió. A causa de la millora dels processos de producció actuals, s'han desenvolupat encara més materials d'imants permanents d'alt rendiment. Això redueix considerablement el seu cost i s'aplica gradualment a diversos camps de la vida.

3. Tecnologia actual

a. Tecnologia de disseny de motors síncrons d'imants permanents

En comparació amb els motors d'excitació elèctrica ordinaris, els motors síncrons d'imants permanents no tenen debanats d'excitació elèctrica, anells col·lectors ni armaris d'excitació, cosa que millora considerablement no només l'estabilitat i la fiabilitat, sinó també l'eficiència.

Entre ells, els motors d'imants permanents integrats tenen els avantatges d'una alta eficiència, un factor de potència elevat, una alta densitat de potència unitària, una forta capacitat d'expansió de velocitat magnètica feble i una ràpida velocitat de resposta dinàmica, cosa que els converteix en una opció ideal per a la conducció de motors.

Els imants permanents proporcionen tot el camp magnètic d'excitació dels motors d'imants permanents, i el parell de cogging augmentarà la vibració i el soroll del motor durant el funcionament. Un parell de cogging excessiu afectarà el rendiment a baixa velocitat del sistema de control de velocitat del motor i el posicionament d'alta precisió del sistema de control de posició. Per tant, en dissenyar el motor, el parell de cogging s'ha de reduir tant com sigui possible mitjançant l'optimització del motor.

Segons la investigació, els mètodes generals per reduir el parell de cogging inclouen canviar el coeficient d'arc polar, reduir l'amplada de la ranura de l'estator, fer coincidir la ranura de biaix i la ranura polar, canviar la posició, la mida i la forma del pol magnètic, etc. Tanmateix, cal tenir en compte que en reduir el parell de cogging, pot afectar altres rendiments del motor, com ara el parell electromagnètic que pot disminuir en conseqüència. Per tant, a l'hora de dissenyar, s'han d'equilibrar tant com sigui possible diversos factors per aconseguir el millor rendiment del motor.

b. Tecnologia de simulació de motors síncrons d'imants permanents

La presència d'imants permanents en motors d'imants permanents dificulta que els dissenyadors puguin calcular paràmetres, com ara el disseny del coeficient de flux de fuita sense càrrega i el coeficient d'arc polar. Generalment, el programari d'anàlisi d'elements finits s'utilitza per calcular i optimitzar els paràmetres dels motors d'imants permanents. El programari d'anàlisi d'elements finits pot calcular els paràmetres del motor amb molta precisió i és molt fiable utilitzar-lo per analitzar l'impacte dels paràmetres del motor en el rendiment.

El mètode de càlcul d'elements finits ens facilita, accelera i precís el càlcul i l'anàlisi del camp electromagnètic dels motors. Aquest és un mètode numèric desenvolupat sobre la base del mètode de la diferència i s'ha utilitzat àmpliament en ciència i enginyeria. Utilitza mètodes matemàtics per discretitzar alguns dominis de solucions contínues en grups d'unitats i després interpolar-les en cada unitat. D'aquesta manera, es forma una funció d'interpolació lineal, és a dir, es simula i analitza una funció aproximada mitjançant elements finits, cosa que ens permet observar intuïtivament la direcció de les línies de camp magnètic i la distribució de la densitat de flux magnètic dins del motor.

c. Tecnologia de control de motor síncron d'imants permanents

Millorar el rendiment dels sistemes d'accionament de motors també és de gran importància per al desenvolupament del camp del control industrial. Permet que el sistema es pugui accionar amb el millor rendiment. Les seves característiques bàsiques es reflecteixen en la baixa velocitat, especialment en el cas d'arrencada ràpida, acceleració estàtica, etc., pot generar un gran parell motor; i quan es condueix a alta velocitat, pot aconseguir un control de velocitat de potència constant en un ampli rang. La Taula 1 compara el rendiment de diversos motors importants.

Com es pot veure a la Taula 1, els motors d'imants permanents tenen una bona fiabilitat, un ampli rang de velocitat i una alta eficiència. Si es combinen amb el mètode de control corresponent, tot el sistema motor pot aconseguir el millor rendiment. Per tant, cal seleccionar un algoritme de control adequat per aconseguir una regulació de velocitat eficient, de manera que el sistema d'accionament del motor pugui funcionar en una àrea de regulació de velocitat relativament àmplia i un rang de potència constant.

El mètode de control vectorial s'utilitza àmpliament en l'algoritme de control de velocitat del motor d'imants permanents. Té els avantatges d'un ampli rang de regulació de velocitat, alta eficiència, alta fiabilitat, bona estabilitat i bons beneficis econòmics. S'utilitza àmpliament en accionaments de motors, transport ferroviari i servomotors de màquines-eina. A causa dels diferents usos, l'estratègia de control vectorial actual adoptada també és diferent.

4. Característiques del motor síncron d'imant permanent

El motor síncron d'imants permanents té una estructura simple, baixes pèrdues i un factor de potència elevat. En comparació amb el motor d'excitació elèctric, com que no hi ha raspalls, commutadors ni altres dispositius, no es requereix corrent d'excitació reactiva, de manera que el corrent de l'estator i la pèrdua de resistència són menors, l'eficiència és més alta, el parell d'excitació és més gran i el rendiment de control és millor. Tanmateix, hi ha desavantatges com ara un cost elevat i dificultat d'arrencada. A causa de l'aplicació de la tecnologia de control en els motors, especialment l'aplicació de sistemes de control vectorial, els motors síncrons d'imants permanents poden aconseguir una regulació de velocitat d'un ampli rang, una resposta dinàmica ràpida i un control de posicionament d'alta precisió, de manera que els motors síncrons d'imants permanents atrauran més persones a dur a terme investigacions exhaustives.

5. Característiques tècniques del motor síncron d'imant permanent Anhui Mingteng

a. El motor té un factor de potència elevat i un factor de qualitat de la xarxa elèctrica elevat. No cal compensador de factor de potència i es pot aprofitar completament la capacitat de l'equip de la subestació;

b. El motor d'imants permanents s'excita mitjançant imants permanents i funciona de manera síncrona. No hi ha pulsacions de velocitat i la resistència de la canonada no augmenta quan s'accionen ventiladors i bombes;

c. El motor d'imant permanent es pot dissenyar amb un parell d'arrencada elevat (més de 3 vegades) i una alta capacitat de sobrecàrrega segons calgui, solucionant així el fenomen de "cavall gran tirant d'un carro petit";

d. El corrent reactiu del motor asíncron ordinari és generalment d'unes 0,5-0,7 vegades el corrent nominal. El motor síncron d'imant permanent Mingteng no necessita corrent d'excitació. El corrent reactiu del motor d'imant permanent i el motor asíncron és aproximadament un 50% diferent, i el corrent de funcionament real és aproximadament un 15% inferior al del motor asíncron;

e. El motor es pot dissenyar per arrencar directament, i les dimensions d'instal·lació externes són les mateixes que les dels motors asíncrons actualment àmpliament utilitzats, que poden substituir completament els motors asíncrons;

f. L'addició d'un controlador pot aconseguir un inici suau, una aturada suau i una regulació de velocitat continua, amb una bona resposta dinàmica i un efecte d'estalvi d'energia encara més millorat;

g. El motor té moltes estructures topològiques, que satisfan directament els requisits fonamentals dels equips mecànics en una àmplia gamma i en condicions extremes;

h. Per tal de millorar l'eficiència del sistema, escurçar la cadena de transmissió i reduir els costos de manteniment, es poden dissenyar i fabricar motors síncrons d'imants permanents d'accionament directe d'alta i baixa velocitat per satisfer els requisits més elevats dels usuaris.

Anhui Mingteng Maquinària Magnètica Permanent i Equipament Elèctric Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) es va establir el 2007. És una empresa d'alta tecnologia especialitzada en la investigació i el desenvolupament, la producció i les vendes de motors síncrons d'imants permanents d'ultra alta eficiència. L'empresa utilitza una teoria moderna del disseny de motors, programari de disseny professional i un programa de disseny de motors d'imants permanents de desenvolupament propi per simular el camp electromagnètic, el camp de fluids, el camp de temperatura, el camp d'estrès, etc. del motor d'imants permanents, optimitzar l'estructura del circuit magnètic, millorar el nivell d'eficiència energètica del motor i garantir fonamentalment l'ús fiable del motor d'imants permanents.

Drets d'autor: Aquest article és una reimpressió del número públic de WeChat "Motor Alliance", l'enllaç originalhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Aquest article no representa els punts de vista de la nostra empresa. Si teniu opinions o punts de vista diferents, corregiu-nos!