В последние годы двигатели с прямым приводом на постоянных магнитах достигли значительного прогресса и используются в основном в низкоскоростных устройствах, таких как ленточные конвейеры, смесители, волочильные станки, тихоходные насосы, заменяя электромеханические системы, состоящие из высокоскоростных двигателей и механических редукторов. Диапазон скоростей двигателей, как правило, ниже 500 об/мин. Двигатели с прямым приводом на постоянных магнитах можно разделить на два основных типа: с внешним ротором и с внутренним ротором. Двигатели с прямым приводом на постоянных магнитах с внешним ротором в основном используются в ленточных конвейерах.
При проектировании и применении двигателей с прямым приводом на постоянных магнитах следует учитывать, что такие двигатели не подходят для работы на очень низких выходных частотах вращения. Когда большинство нагрузок находятся в пределах50 об/мин приводятся в движение двигателем с прямым приводом. Если мощность остаётся постоянной, это приведёт к большому крутящему моменту, что приведёт к высоким затратам на двигатель и снижению эффективности. При определении мощности и скорости необходимо сравнить экономическую эффективность комбинации двигателей с прямым приводом, двигателей с более высокой скоростью и зубчатых передач (или других механических конструкций, увеличивающих и уменьшающих скорость). В настоящее время ветряные турбины мощностью более 15 МВт и частотой вращения менее 10 об/мин постепенно переходят на схему полупрямого привода, используя зубчатые передачи для соответствующего увеличения скорости двигателя, снижения затрат на двигатель и, в конечном счёте, снижения стоимости системы. То же самое относится и к электродвигателям. Поэтому, когда скорость ниже 100 об/мин, следует тщательно рассмотреть экономические соображения и выбрать схему полупрямого привода.
В двигателях с прямым приводом на постоянных магнитах обычно используются роторы с постоянными магнитами поверхностного монтажа для повышения плотности крутящего момента и снижения расхода материалов. Благодаря низкой скорости вращения и малой центробежной силе, нет необходимости использовать ротор со встроенным постоянным магнитом. Обычно для фиксации и защиты ротора с постоянным магнитом используются прижимные планки, втулки из нержавеющей стали и защитные втулки из стекловолокна. Однако в некоторых двигателях с высокими требованиями к надежности, относительно небольшим числом полюсов или высокой вибрацией также используются роторы со встроенным постоянным магнитом.
Низкоскоростной двигатель прямого привода приводится в действие преобразователем частоты. При достижении предельного числа полюсов дальнейшее снижение скорости приведёт к снижению частоты. При низкой частоте преобразователя частоты рабочий цикл ШИМ уменьшается, а форма сигнала становится нечёткой, что может привести к колебаниям и нестабильной скорости. Поэтому управление особенно низкоскоростными двигателями прямого привода также довольно сложно. В настоящее время в некоторых сверхнизкоскоростных двигателях используется схема модуляции магнитного поля для использования более высокой частоты возбуждения.
Низкоскоростные двигатели с прямым приводом на постоянных магнитах могут иметь как воздушное, так и жидкостное охлаждение. Воздушное охлаждение обычно осуществляется с помощью независимых вентиляторов IC416, а жидкостное охлаждение может осуществляться с помощью водяного охлаждения (IC416).71 Вт), которая может быть определена в соответствии с условиями на месте. В режиме жидкостного охлаждения тепловая нагрузка может быть увеличена, а конструкция — более компактной, но следует обратить внимание на увеличение толщины постоянного магнита для предотвращения размагничивания при перегрузке по току.
Для низкоскоростных систем двигателей с прямым приводом, требующих точности управления скоростью и положением, необходимо добавить датчики положения и использовать метод управления с датчиками положения. Кроме того, когда во время запуска требуется высокий крутящий момент, также необходим метод управления с датчиком положения.
Хотя использование двигателей с прямым приводом на постоянных магнитах позволяет отказаться от изначального редуктора и снизить затраты на техническое обслуживание, необоснованная конструкция может привести к высокой стоимости двигателей с прямым приводом на постоянных магнитах и снижению эффективности системы. Как правило, увеличение диаметра двигателей с прямым приводом на постоянных магнитах может снизить стоимость на единицу крутящего момента, поэтому двигатели с прямым приводом можно изготовить в виде большого диска с большим диаметром и меньшей длиной пакета. Однако существуют и ограничения по увеличению диаметра. Чрезмерно большой диаметр может увеличить стоимость корпуса и вала, и даже стоимость конструкционных материалов постепенно превысит стоимость эффективных материалов. Поэтому при проектировании двигателя с прямым приводом требуется оптимизировать соотношение длины к диаметру для снижения общей стоимости двигателя.
Наконец, я хотел бы подчеркнуть, что двигатели с прямым приводом на постоянных магнитах по-прежнему являются двигателями, приводимыми в действие преобразователем частоты. Коэффициент мощности двигателя влияет на ток на выходной стороне преобразователя частоты. Пока он находится в пределах диапазона мощности преобразователя частоты, коэффициент мощности оказывает небольшое влияние на производительность и не влияет на коэффициент мощности со стороны сети. Поэтому при проектировании коэффициента мощности двигателя следует стремиться к тому, чтобы двигатель с прямым приводом работал в режиме MTPA, который генерирует максимальный крутящий момент при минимальном токе. Важной причиной является то, что частота двигателей с прямым приводом, как правило, низкая, а потери в стали значительно ниже потерь в меди. Использование метода MTPA может минимизировать потери в меди. Технические специалисты не должны зависеть от традиционных асинхронных двигателей, подключенных к сети, и нет никаких оснований для оценки эффективности двигателя на основе величины тока со стороны двигателя.
Компания Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. – современное высокотехнологичное предприятие, объединяющее исследования и разработки, производство, продажу и обслуживание двигателей с постоянными магнитами. Ассортимент продукции и технические характеристики обширны. Низкоскоростные двигатели с постоянными магнитами прямого привода (7,5–500 об/мин) широко используются в промышленных системах, таких как вентиляторы, ленточные конвейеры, плунжерные насосы и мельницы, в цементной, строительной, угольной, нефтяной, металлургической и других отраслях промышленности, обеспечивая хорошие эксплуатационные условия.
Время публикации: 18 января 2024 г.