С развитием редкоземельных постоянных магнитов в 1970-х годах появились двигатели с постоянными магнитами на основе редкоземельных элементов. В двигателях с постоянными магнитами для возбуждения используются редкоземельные постоянные магниты, которые способны генерировать постоянное магнитное поле после намагничивания. Его характеристики возбуждения превосходны, и он превосходит двигатели с электрическим возбуждением по стабильности, качеству и снижению потерь, что потрясло рынок традиционных двигателей.

В последние годы, благодаря бурному развитию современной науки и техники, характеристики и технологии электромагнитных материалов, особенно редкоземельных, постепенно совершенствуются. В сочетании с быстрым развитием силовой электроники, технологий передачи энергии и автоматического управления, характеристики синхронных двигателей с постоянными магнитами постоянно улучшаются.

Кроме того, синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают такими преимуществами, как малый вес, простота конструкции, компактность, хорошие характеристики и высокая удельная мощность. Многие научно-исследовательские институты и предприятия активно ведут исследования и разработки синхронных двигателей с постоянными магнитами, что способствует дальнейшему расширению областей их применения.

1.Основы разработки синхронного двигателя с постоянными магнитами

а.Применение высокоэффективных редкоземельных постоянных магнитных материалов

Редкоземельные постоянные магниты прошли три этапа развития: SmCo5, Sm2Co17 и Nd2Fe14B. В настоящее время постоянные магниты на основе NdFeB стали наиболее широко используемым типом редкоземельных постоянных магнитов благодаря своим превосходным магнитным свойствам. Разработка постоянных магнитов стимулировала развитие двигателей с постоянными магнитами.

По сравнению с традиционным трёхфазным асинхронным двигателем с электрическим возбуждением, постоянный магнит заменяет полюс электрического возбуждения, упрощает конструкцию, исключает контактные кольца и щётки ротора, реализуя бесщёточную конструкцию и уменьшая габариты ротора. Это повышает удельную мощность, удельный крутящий момент и КПД двигателя, а также уменьшает его габариты и вес, что расширяет область его применения и способствует развитию электродвигателей большей мощности.

б.Применение новой теории управления

В последние годы алгоритмы управления получили стремительное развитие. В частности, алгоритмы векторного управления принципиально решили проблему стратегии управления двигателями переменного тока, обеспечив им хорошие характеристики управления. Появление прямого управления крутящим моментом упрощает структуру управления и обеспечивает высокую чувствительность схемы к изменению параметров и высокую скорость динамического реагирования. Технология косвенного управления крутящим моментом решает проблему больших пульсаций прямого управления крутящим моментом на низких скоростях, повышая скорость и точность управления двигателем.

в.Применение высокопроизводительных силовых электронных устройств и процессоров

Современные технологии силовой электроники являются важным связующим звеном между информационной индустрией и традиционными отраслями промышленности, а также связующим звеном между слабыми и контролируемыми сильными токами. Развитие технологий силовой электроники позволяет реализовывать стратегии управления приводами.

В 1970-х годах появилась серия универсальных преобразователей частоты, способных преобразовывать мощность промышленной частоты в мощность переменной частоты с плавной регулировкой частоты, создавая условия для частотного регулирования скорости переменного тока. Эти преобразователи обладают функцией плавного пуска после установки частоты и могут нарастать от нуля до заданного значения с определённой скоростью, причём скорость нарастания может плавно регулироваться в широком диапазоне, что решает проблему пуска синхронных двигателей.

2.Состояние разработки синхронных двигателей с постоянными магнитами в стране и за рубежом

Первым в истории двигателем был двигатель с постоянными магнитами. В то время характеристики материалов на основе постоянных магнитов были относительно низкими, а коэрцитивная сила и остаточная намагниченность постоянных магнитов были слишком низкими, поэтому их вскоре заменили двигатели с электрическим возбуждением.

В 1970-х годах редкоземельные постоянные магниты (NdFeB) обладали высокой коэрцитивной силой, остаточной намагниченностью, высокой размагничивающей способностью и большим магнитным произведением, что привело к появлению на исторической сцене мощных синхронных двигателей с постоянными магнитами. В настоящее время исследования синхронных двигателей с постоянными магнитами становятся всё более зрелыми и развиваются в направлении достижения высокой скорости, большого крутящего момента, высокой мощности и высокой эффективности.

В последние годы, благодаря значительным инвестициям отечественных учёных и правительства, синхронные двигатели с постоянными магнитами получили стремительное развитие. С развитием микрокомпьютерной техники и технологий автоматического управления синхронные двигатели с постоянными магнитами нашли широкое применение в различных областях. В связи с развитием общества требования к синхронным двигателям с постоянными магнитами ужесточаются, что побуждает их развивать в сторону более широкого диапазона регулирования скорости и более высокой точности управления. Благодаря совершенствованию современных производственных процессов, были разработаны высокопроизводительные материалы для постоянных магнитов. Это значительно снижает их стоимость и постепенно находит применение в различных сферах жизни.

3. Современные технологии

а. Технология проектирования синхронных двигателей с постоянными магнитами

По сравнению с обычными электродвигателями возбуждения синхронные двигатели с постоянными магнитами не имеют обмоток электрического возбуждения, коллекторных колец и шкафов возбуждения, что значительно повышает не только устойчивость и надежность, но и эффективность.

Среди них двигатели со встроенными постоянными магнитами обладают такими преимуществами, как высокая эффективность, высокий коэффициент мощности, высокая удельная мощность, возможность расширения скорости при слабом магнитном поле и высокая скорость динамического реагирования, что делает их идеальным выбором для приводных двигателей.

Постоянные магниты обеспечивают всё магнитное поле возбуждения двигателей с постоянными магнитами, а зубцовый момент увеличивает вибрацию и шум двигателя во время работы. Чрезмерный зубцовый момент влияет на работу системы управления скоростью двигателя на низких скоростях и на точность позиционирования системы управления положением. Поэтому при проектировании двигателя следует максимально снизить зубцовый момент путем оптимизации двигателя.

Согласно исследованиям, к общим методам снижения зубцового момента относятся изменение коэффициента дуги полюса, уменьшение ширины паза статора, согласование косого паза с пазами полюсов, изменение положения, размера и формы магнитного полюса и т. д. Однако следует отметить, что снижение зубцового момента может повлиять на другие характеристики двигателя, например, соответственно уменьшить электромагнитный момент. Поэтому при проектировании следует максимально сбалансировать различные факторы для достижения наилучших характеристик двигателя.

б.Технология моделирования синхронного двигателя с постоянными магнитами

Наличие постоянных магнитов в двигателях с постоянными магнитами затрудняет проектировщикам расчёт таких параметров, как коэффициент рассеяния холостого хода и коэффициент дуги полюса. Как правило, для расчёта и оптимизации параметров двигателей с постоянными магнитами используется программное обеспечение для конечно-элементного анализа. Программное обеспечение для конечно-элементного анализа позволяет очень точно рассчитать параметры двигателя и позволяет с высокой надёжностью анализировать влияние параметров двигателя на его производительность.

Метод конечных элементов позволяет нам проще, быстрее и точнее рассчитать и проанализировать электромагнитное поле двигателей. Это численный метод, разработанный на основе метода разностей и широко используемый в науке и технике. Математические методы позволяют дискретизировать некоторые непрерывные области решения на группы единиц с последующей интерполяцией в каждой единице. Таким образом, формируется линейная интерполяционная функция, то есть моделируется и анализируется приближенная функция с помощью конечных элементов, что позволяет наглядно наблюдать направление линий магнитного поля и распределение плотности магнитного потока внутри двигателя.

c.Технология управления синхронным двигателем с постоянными магнитами

Повышение производительности систем электропривода также имеет большое значение для развития промышленной автоматики. Это позволяет добиться наилучших эксплуатационных характеристик системы. Её основные характеристики заключаются в том, что на низких скоростях, особенно при быстром пуске, статическом ускорении и т. д., она способна развивать большой крутящий момент; а при движении на высокой скорости она обеспечивает постоянное регулирование мощности в широком диапазоне. В таблице 1 сравниваются характеристики нескольких основных двигателей.

Как видно из таблицы 1, двигатели с постоянными магнитами обладают высокой надежностью, широким диапазоном скоростей и высоким КПД. В сочетании с соответствующим методом управления вся система двигателя может достичь наилучших характеристик. Поэтому для эффективного регулирования скорости необходимо выбрать подходящий алгоритм управления, чтобы система привода двигателя могла работать в относительно широком диапазоне регулирования скорости и постоянной мощности.

Метод векторного управления широко используется в алгоритмах управления скоростью двигателей с постоянными магнитами. Он обладает такими преимуществами, как широкий диапазон регулирования скорости, высокая эффективность, надежность, хорошая стабильность и высокая экономическая эффективность. Он широко применяется в электроприводах, железнодорожном транспорте и сервоприводах станков. В связи с различными сферами применения, применяемые в настоящее время стратегии векторного управления также различаются.

4.Характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами

Синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет простую конструкцию, низкие потери и высокий коэффициент мощности. По сравнению с двигателем с электрическим возбуждением, отсутствие щёток, коллекторов и других устройств не требует реактивного тока возбуждения, поэтому ток статора и потери на сопротивление меньше, КПД выше, момент возбуждения больше, а характеристики управления лучше. Однако есть и недостатки, такие как высокая стоимость и сложность запуска. Благодаря применению технологий управления в двигателях, особенно применению систем векторного управления, синхронные двигатели с постоянными магнитами могут достигать широкого диапазона регулирования скорости, быстрого динамического отклика и высокоточного позиционирования, поэтому синхронные двигатели с постоянными магнитами привлекут больше людей для проведения обширных исследований.

5.Технические характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами Anhui Mingteng

а. Двигатель имеет высокий коэффициент мощности и высокое качество электросети. Компенсатор коэффициента мощности не требуется, что позволяет полностью использовать мощность оборудования подстанции;

б. Электродвигатель с постоянными магнитами возбуждается постоянными магнитами и работает синхронно. Пульсации скорости отсутствуют, а сопротивление трубопровода не увеличивается при приводе вентиляторов и насосов;

c. Двигатель с постоянными магнитами может быть спроектирован с высоким пусковым моментом (более чем в 3 раза) и высокой перегрузочной способностью при необходимости, тем самым решая проблему «большая лошадь тянет маленькую телегу»;

г. Реактивный ток обычного асинхронного двигателя обычно составляет около 0,5–0,7 номинального тока. Синхронному двигателю с постоянными магнитами Mingteng ток возбуждения не требуется. Реактивный ток двигателя с постоянными магнитами отличается от реактивного тока асинхронного двигателя примерно на 50%, а фактический рабочий ток примерно на 15% ниже, чем у асинхронного двигателя.

е. Двигатель может быть спроектирован для прямого пуска, а его внешние установочные размеры такие же, как у широко распространенных в настоящее время асинхронных двигателей, что позволяет полностью заменить асинхронные двигатели;

f. Добавление драйвера позволяет добиться плавного пуска, плавной остановки и бесступенчатой ​​регулировки скорости с хорошим динамическим откликом и улучшенным эффектом энергосбережения;

ж. Двигатель имеет множество топологических структур, которые непосредственно отвечают основным требованиям механического оборудования в широком диапазоне и в экстремальных условиях;

h. Для повышения эффективности системы, сокращения длины цепи передачи и снижения затрат на техническое обслуживание могут быть спроектированы и изготовлены высокоскоростные и низкоскоростные синхронные двигатели с постоянными магнитами с прямым приводом, отвечающие более высоким требованиям пользователей.

Аньхой Минтэн, компания по производству постоянного магнитного оборудования и электрооборудования (Лтд.)https://www.mingtengmotor.com/Компания ) была основана в 2007 году. Это высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях, разработках, производстве и продаже сверхвысокоэффективных синхронных двигателей с постоянными магнитами. Компания использует современные теоретические основы проектирования двигателей, профессиональное программное обеспечение и собственную программу проектирования двигателей с постоянными магнитами для моделирования электромагнитного поля, поля жидкости, температурного поля, поля напряжений и т. д. двигателя с постоянными магнитами, оптимизирует структуру магнитной цепи, повышает уровень энергоэффективности двигателя и обеспечивает его надежную эксплуатацию.

Авторские права: Эта статья является перепечаткой публичного номера WeChat «Motor Alliance», исходная ссылкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другое мнение или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!