По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают такими преимуществами, как высокий коэффициент мощности, высокий КПД, измеримые параметры ротора, большой воздушный зазор между статором и ротором, хорошие характеристики управления, малые габариты, малый вес, простая конструкция, высокое отношение крутящего момента к моменту инерции и т. д. Они находят все более широкое применение в нефтяной, химической, текстильной, горнодобывающей промышленности, станках с ЧПУ, роботах и т. д. и развиваются в направлении высокой мощности (высокая скорость, высокий крутящий момент), высокой функциональности и миниатюризации.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами состоят из статора и ротора. Статор, как и в асинхронных двигателях, состоит из трёхфазных обмоток и сердечников статора. На роторе установлены предварительно намагниченные (намагниченные) постоянные магниты, что позволяет создавать магнитное поле в окружающем пространстве без использования внешней энергии, что упрощает конструкцию двигателя и экономит энергию. В данной статье рассматриваются комплексные преимущества продвижения синхронных двигателей с постоянными магнитами, основанные на их характеристиках.
1. Выдающиеся преимущества синхронного двигателя с постоянными магнитами
(1) Поскольку ротор изготовлен из постоянных магнитов, плотность магнитного потока высока, ток возбуждения не требуется, а потери возбуждения устранены. По сравнению с асинхронными двигателями, ток возбуждения обмотки статора и потери в меди и стали ротора снижены, а реактивный ток значительно снижен. Поскольку магнитные потенциалы статора и ротора синхронизированы, сердечник ротора не имеет потерь в стали на основной гармонике, поэтому КПД (по активной мощности) и коэффициент мощности (по реактивной мощности) выше, чем у асинхронных двигателей. Синхронные двигатели с постоянными магнитами, как правило, проектируются с высоким коэффициентом мощности и КПД даже при работе с небольшой нагрузкой.
При нагрузке обычных асинхронных двигателей менее 50% их КПД и коэффициент мощности значительно снижаются. При нагрузке синхронных двигателей с постоянными магнитами Mingteng от 25% до 120% КПД и коэффициент мощности изменяются незначительно, достигая КПД >90%, а коэффициент мощности >0,85. Энергосбережение значительное при малой, переменной и полной нагрузке.
(2) Синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают относительно высокой механической прочностью и более устойчивы к возмущениям крутящего момента, вызванным изменением нагрузки. Сердечник ротора синхронного двигателя с постоянными магнитами может быть выполнен полым для уменьшения инерционности ротора, а время пуска и торможения значительно меньше, чем у асинхронного двигателя. Высокое отношение момента к моменту инерции делает синхронные двигатели с постоянными магнитами более подходящими для работы в условиях быстрого реагирования, чем асинхронные двигатели.
(3) Синхронные двигатели с постоянными магнитами значительно меньше асинхронных двигателей по размеру и весу, а также относительно меньше. При одинаковых условиях теплоотвода и использовании одинаковых изоляционных материалов удельная мощность синхронных двигателей с постоянными магнитами более чем в два раза превышает удельную мощность трёхфазных асинхронных двигателей.
(4) Конструкция ротора значительно упрощена, что облегчает обслуживание и повышает стабильность работы.
Поскольку трёхфазные асинхронные двигатели должны быть спроектированы с более высоким коэффициентом мощности, воздушный зазор между статором и ротором должен быть очень малым. В то же время, равномерность воздушного зазора также имеет решающее значение для безопасной работы и вибрационного шума двигателя. Поэтому требования к допуску формы и положения, а также концентричности сборки асинхронного двигателя относительно строгие, а свобода выбора зазора подшипника относительно невелика. Асинхронные двигатели с большими основаниями обычно используют подшипники с масляной ванной, которые должны быть заполнены смазочным маслом в течение указанного рабочего времени. Утечка масла или несвоевременное заполнение масляной полости ускоряют выход подшипника из строя. При техническом обслуживании трёхфазных асинхронных двигателей обслуживание подшипников составляет большую долю. Кроме того, из-за наличия индуцированного тока в роторе трёхфазного асинхронного двигателя, проблема электрической коррозии подшипника также беспокоит многих исследователей в последние годы.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами лишены подобных проблем. Благодаря большому воздушному зазору синхронного двигателя с постоянными магнитами, вышеуказанные проблемы, вызванные малым воздушным зазором асинхронного двигателя, не проявляются в синхронном двигателе. В то же время подшипники синхронного двигателя с постоянными магнитами оснащены подшипниками с консистентной смазкой и пылезащитными кожухами. Подшипники герметизируются соответствующим количеством высококачественной смазки при выпуске с завода. Срок службы подшипников синхронного двигателя с постоянными магнитами значительно выше, чем у асинхронного двигателя.
Чтобы предотвратить коррозию подшипника током вала, в двигателях с постоянными магнитами Anhui Mingteng применяется конструкция изоляции подшипникового узла на хвостовой части, что обеспечивает эффект изоляции подшипника, при этом стоимость значительно ниже, чем у синхронных двигателей с постоянными магнитами Anhui Mingteng. Для обеспечения нормального срока службы подшипника роторная часть всех синхронных двигателей с постоянными магнитами прямого привода Anhui Mingteng имеет специальную опорную конструкцию. Замена подшипников на месте производится так же, как и у асинхронных двигателей. Более поздняя замена подшипников и техническое обслуживание позволяют сократить логистические расходы, сократить время обслуживания и лучше гарантировать надежность производства.
2. Типичные области применения синхронных двигателей с постоянными магнитами для замены асинхронных двигателей
2.1 Высоковольтный сверхвысокоэффективный трехфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами и частотным регулированием скорости для вертикальной мельницы в цементной промышленности
Возьмем в качестве примера сверхвысокоэффективный синхронный двигатель с постоянными магнитами TYPKK1000-6 мощностью 5300 кВт и напряжением 10 кВ, заменяющий асинхронный двигатель. Этот продукт является первым отечественным высоковольтным двигателем с постоянными магнитами мощностью более 5 МВт для преобразования вертикального стана, предоставленным компанией Anhui Mingteng для компании по производству строительных материалов в 2021 году. По сравнению с оригинальной системой асинхронных двигателей, уровень экономии электроэнергии достигает 8%, а увеличение производительности может достигать 10%. Средняя нагрузка составляет 80%, КПД двигателя с постоянными магнитами составляет 97,9%, а годовые затраты на экономию электроэнергии составляют: (18,7097 млн юаней ÷ 0,92) × 8% = 1,6269 млн юаней; Стоимость экономии электроэнергии за 15 лет составит: (18,7097 млн юаней ÷ 0,92) × 8% × 15 лет = 24,4040 млн юаней; инвестиции в замену окупятся за 15 месяцев, а доход от инвестиций будет получен в течение 14 лет подряд.
Anhui Mingteng поставил полный комплект оборудования для преобразования вертикального мельницы для компании по производству строительных материалов в провинции Шаньдун (TYPKK1000-6 5300 кВт 10 кВ)
2.2 Низковольтный самозапускающийся сверхвысокоэффективный трехфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами для смесителей химической промышленности
В качестве примера рассмотрим сверхвысокоэффективный синхронный двигатель с постоянными магнитами TYCX315L1-4 мощностью 160 кВт, 380 В, предназначенный для замены асинхронного двигателя. Этот продукт был предоставлен компанией Anhui Mingteng в 2015 году для преобразования двигателей смесителей и дробилок в химической промышленности. TYCX315L1-4 мощностью 160 кВт, 380 В, подходит для условий работы смесителей. Рассчитав энергопотребление на тонну в единицу времени, пользователь подсчитал, что синхронный двигатель с постоянными магнитами мощностью 160 кВт экономит на 11,5% больше электроэнергии, чем оригинальный асинхронный двигатель той же мощности. После девяти лет фактического использования пользователи остались очень довольны уровнем энергосбережения, повышением температуры, уровнем шума, током и другими показателями синхронного двигателя с постоянными магнитами Mingteng в реальных условиях эксплуатации.
Компания Anhui Mingteng оказала поддержку в модификации смесителя для химической компании в Гуйчжоу (TYCX315L1-4 160 кВт 380 В)
3. Вопросы, которые волнуют пользователей
3.1 Срок службы двигателя Срок службы всего двигателя зависит от срока службы подшипника. Корпус двигателя имеет степень защиты IP54, которая при особых обстоятельствах может быть повышена до IP65, что соответствует требованиям эксплуатации в большинстве пыльных и влажных сред. При условии обеспечения хорошей соосности установки удлинения вала двигателя и соответствующей радиальной нагрузки вала минимальный срок службы подшипника двигателя составляет более 20 000 часов. Вторым фактором является срок службы вентилятора охлаждения, который больше, чем у двигателя с конденсаторным питанием. При длительной работе в пыльной и влажной среде необходимо регулярно удалять липкие вещества, прилипшие к вентилятору, чтобы предотвратить его возгорание из-за перегрузки.
3.2 Отказ и защита материалов постоянных магнитов
Важность материалов с постоянными магнитами для двигателей с постоянными магнитами очевидна, и их стоимость составляет более 1/4 от стоимости всего двигателя. В качестве материалов для ротора двигателя с постоянными магнитами компании Anhui Mingteng используются материалы спеченного неодимового бора (NdFeB) с высокой магнитной энергией и высокой собственной коэрцитивной силой. К обычным маркам относятся N38SH, N38UH, N40UH, N42UH и т. д. Компания разработала профессиональные инструменты и направляющие приспособления для сборки магнитной стали, а также качественно проанализировала полярность собранной магнитной стали с помощью разумных методов, чтобы обеспечить близкое относительное значение магнитного потока в каждом пазу магнитной стали, что обеспечивает симметрию магнитной цепи и качество сборки магнитной стали.
Современные материалы для постоянных магнитов способны работать длительное время при максимально допустимом повышении температуры обмотки двигателя, а скорость естественного размагничивания магнитной стали не превышает 1‰. Для обычных материалов для постоянных магнитов требуется поверхностное покрытие, выдерживающее испытание в солевом тумане более 24 часов. В условиях сильной окислительной коррозии пользователям следует обратиться к производителю для выбора материалов для постоянных магнитов с более высокой степенью защиты.
4. Как выбрать двигатель с постоянными магнитами для замены асинхронного двигателя
4.1 Определить тип нагрузки
Различные нагрузки, такие как шаровые мельницы, водяные насосы и вентиляторы, предъявляют разные требования к производительности двигателей, поэтому тип нагрузки очень важен при проектировании или выборе.
4.2 Определить состояние нагрузки двигателя при нормальной работе
Работает ли двигатель постоянно с полной или малой нагрузкой? Или же он работает то с большой, то с малой нагрузкой? И какова продолжительность цикла смены нагрузки?
4.3 Определить влияние других состояний нагрузки на двигатель
Существует множество особых случаев нагрузки двигателя на объекте. Например, ленточный конвейер должен выдерживать радиальную нагрузку, и в этом случае может потребоваться замена шарикоподшипников на роликовые; при наличии большого количества пыли или масла необходимо повысить уровень защиты двигателя.
4.4 Температура окружающей среды
При выборе двигателя необходимо учитывать температуру окружающей среды на объекте. Наши обычные двигатели рассчитаны на температуру окружающей среды от 0 до 40 °C и ниже, но часто встречаются ситуации, когда температура окружающей среды превышает 40 °C. В этом случае необходимо выбрать двигатель большей мощности или специально разработанный двигатель.
4.5 Способ установки на месте, установочные размеры двигателя
Также необходимо получить данные о способе установки на месте, установочных размерах двигателя, способе установки на месте и установочных размерах, включая оригинальный чертеж двигателя, размеры установочного интерфейса, размеры фундамента и место установки двигателя. При наличии ограничений по пространству на месте может потребоваться изменение способа охлаждения двигателя, расположения соединительной коробки двигателя и т. д.
4.6 Другие факторы окружающей среды
На выбор двигателя влияют и многие другие факторы окружающей среды, например, загрязнение пылью или маслом, влияющее на уровень защиты двигателя. Например, в морской среде или среде с высоким pH двигатель должен быть спроектирован с учетом защиты от коррозии. В средах с высокой вибрацией и на большой высоте необходимо учитывать другие конструктивные особенности.
4.7 Исследование исходных параметров и условий работы асинхронного двигателя
(1) Данные паспортной таблички: номинальное напряжение, номинальная скорость, номинальный ток, номинальный коэффициент мощности, эффективность, модель и другие параметры.
(2) Способ установки: получите оригинальный чертеж внешнего вида двигателя, фотографии установки на месте и т. д.
(3) Фактические рабочие параметры исходного двигателя: ток, мощность, коэффициент мощности, температура и т. д.
Заключение
Синхронные двигатели с постоянными магнитами особенно подходят для применений с тяжёлым пуском и лёгкой нагрузкой. Продвижение и использование синхронных двигателей с постоянными магнитами имеет положительные экономические и социальные преимущества и имеет большое значение для энергосбережения и сокращения выбросов. Синхронные двигатели с постоянными магнитами также обладают ценными преимуществами с точки зрения надёжности и стабильности. Выбор высокоэффективных синхронных двигателей с постоянными магнитами — это единовременная инвестиция с долгосрочными преимуществами.
Компания Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) уже 17 лет занимается исследованиями, разработкой, производством и продажей сверхвысокоэффективных синхронных двигателей с постоянными магнитами. Компания предлагает широкий ассортимент высоковольтных, низковольтных, частотно-регулируемых, обычных, взрывозащищенных, прямоприводных, электрических роликовых двигателей и универсальных машин, стремясь обеспечить более эффективную приводную силу для промышленного оборудования.
Электродвигатели с постоянными магнитами компании Anhui Mingteng имеют те же внешние установочные размеры, что и широко используемые в настоящее время асинхронные двигатели, и могут полностью заменить их. Кроме того, наша профессиональная техническая команда разрабатывает и предлагает клиентам бесплатные решения по модернизации. Если вам требуется модернизация асинхронных двигателей, свяжитесь с нами, и мы окажем вам всестороннюю помощь!
Время публикации: 23 августа 2024 г.