С развитием редкоземельных постоянных магнитных материалов в 1970-х годах появились двигатели с постоянными магнитами на редкоземельных элементах. Двигатели с постоянными магнитами используют редкоземельные постоянные магниты для возбуждения, а постоянные магниты могут генерировать постоянные магнитные поля после намагничивания. Его характеристики возбуждения превосходны, и он превосходит двигатели с электрическим возбуждением с точки зрения стабильности, качества и снижения потерь, что потрясло традиционный рынок двигателей.

В последние годы, с быстрым развитием современной науки и техники, производительность и технология электромагнитных материалов, особенно редкоземельных электромагнитных материалов, постепенно улучшаются. В сочетании с быстрым развитием силовой электроники, технологии передачи энергии и технологии автоматического управления производительность синхронных двигателей с постоянными магнитами становится все лучше и лучше.

Кроме того, синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют такие преимущества, как малый вес, простая конструкция, небольшие размеры, хорошие характеристики и высокая плотность мощности. Многие научно-исследовательские институты и предприятия активно проводят исследования и разработки синхронных двигателей с постоянными магнитами, и области их применения будут и дальше расширяться.

1.Основы разработки синхронного двигателя с постоянными магнитами

а.Применение высокоэффективных редкоземельных постоянных магнитных материалов

Материалы с постоянными магнитами на основе редкоземельных элементов прошли три стадии: SmCo5, Sm2Co17 и Nd2Fe14B. В настоящее время материалы с постоянными магнитами, представленные NdFeB, стали наиболее широко используемым типом материалов с постоянными магнитами на основе редкоземельных элементов благодаря своим превосходным магнитным свойствам. Разработка материалов с постоянными магнитами привела к разработке двигателей с постоянными магнитами.

По сравнению с традиционным трехфазным асинхронным двигателем с электрическим возбуждением, постоянный магнит заменяет электрический полюс возбуждения, упрощает конструкцию, устраняет контактное кольцо и щетку ротора, реализует бесщеточную структуру и уменьшает размер ротора. Это улучшает плотность мощности, плотность крутящего момента и рабочую эффективность двигателя, а также делает двигатель меньше и легче, что еще больше расширяет область его применения и способствует развитию электродвигателей в сторону более высокой мощности.

б.Применение новой теории управления

В последние годы алгоритмы управления быстро развивались. Среди них алгоритмы векторного управления решили проблему стратегии управления двигателями переменного тока в принципе, что сделало двигатели переменного тока с хорошими характеристиками управления. Появление прямого управления крутящим моментом упрощает структуру управления и имеет характеристики сильной работы схемы для изменения параметров и быстрой скорости динамического отклика крутящего момента. Технология косвенного управления крутящим моментом решает проблему большой пульсации крутящего момента прямого крутящего момента на низкой скорости и повышает скорость и точность управления двигателем.

в.Применение высокопроизводительных силовых электронных устройств и процессоров

Современная технология силовой электроники является важным интерфейсом между информационной индустрией и традиционными отраслями промышленности, а также мостом между слабым током и контролируемым сильным током. Развитие технологии силовой электроники позволяет реализовать стратегии управления приводом.

В 1970-х годах появилась серия инверторов общего назначения, которые могли преобразовывать мощность промышленной частоты в мощность переменной частоты с плавной регулировкой частоты, создавая тем самым условия для регулирования скорости переменной частоты переменного тока. Эти инверторы имеют возможность плавного пуска после установки частоты, и частота может повышаться от нуля до заданной частоты с определенной скоростью, а скорость повышения может непрерывно регулироваться в широком диапазоне, решая проблему запуска синхронных двигателей.

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

Первым двигателем в истории был двигатель с постоянными магнитами. В то время производительность материалов с постоянными магнитами была относительно низкой, а коэрцитивная сила и остаточная намагниченность постоянных магнитов были слишком низкими, поэтому их вскоре заменили электродвигатели с возбуждением.

В 1970-х годах редкоземельные постоянные магнитные материалы, представленные NdFeB, обладали большой коэрцитивной силой, остаточной намагниченностью, сильной способностью к размагничиванию и большим магнитным энергетическим произведением, что позволило мощным синхронным двигателям с постоянными магнитами появиться на исторической сцене. В настоящее время исследования синхронных двигателей с постоянными магнитами становятся все более зрелыми и развиваются в направлении высокой скорости, высокого крутящего момента, высокой мощности и высокой эффективности.

В последние годы, благодаря значительным инвестициям отечественных ученых и правительства, синхронные двигатели с постоянными магнитами быстро развивались. С развитием микрокомпьютерной техники и технологии автоматического управления синхронные двигатели с постоянными магнитами получили широкое применение в различных областях. В связи с прогрессом общества требования людей к синхронным двигателям с постоянными магнитами стали более строгими, что побудило двигатели с постоянными магнитами развиваться в направлении большего диапазона регулирования скорости и более точного управления. Благодаря улучшению текущих производственных процессов были дополнительно разработаны высокопроизводительные материалы с постоянными магнитами. Это значительно снижает его стоимость и постепенно применяет его в различных областях жизни.

3. Современные технологии

а. Технология проектирования синхронного двигателя с постоянными магнитами

По сравнению с обычными электродвигателями с постоянными магнитами синхронные двигатели 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 сильном слабом магнитном поле и высокая скорость динамического отклика, что делает их идеальным выбором для привода двигателей.

Постоянные магниты обеспечивают все магнитное поле возбуждения двигателей с постоянными магнитами, а зубцовый момент увеличит вибрацию и шум двигателя во время работы. Избыточный зубцовый момент повлияет на низкоскоростную работу системы управления скоростью двигателя и высокоточное позиционирование системы управления положением. Поэтому при проектировании двигателя зубцовый момент должен быть максимально уменьшен путем оптимизации двигателя.

Согласно исследованиям, общие методы снижения зубцового момента включают изменение коэффициента дуги полюса, уменьшение ширины паза статора, согласование косого паза и паза полюса, изменение положения, размера и формы магнитного полюса и т. д. Однако следует отметить, что при снижении зубцового момента это может повлиять на другие характеристики двигателя, например, соответственно может уменьшиться 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 для конструкторов расчет параметров, таких как расчет коэффициента потока рассеяния без нагрузки и коэффициента дуги полюса. Обычно для расчета и оптимизации параметров двигателей с постоянными магнитами используется программное обеспечение для конечно-элементного анализа. Программное обеспечение для конечно-элементного анализа может очень точно рассчитывать параметры двигателя, и его очень надежно использовать для анализа влияния параметров двигателя на производительность.

Метод расчета конечных элементов позволяет нам проще, быстрее и точнее рассчитывать и анализировать электромагнитное поле двигателей. Это численный метод, разработанный на основе метода разностей и широко используемый в науке и технике. Используйте математические методы для дискретизации некоторых непрерывных областей решения в группы единиц, а затем интерполируйте в каждой единице. Таким образом формируется линейная интерполяционная функция, то есть моделируется и анализируется приближенная функция с использованием конечных элементов, что позволяет нам интуитивно наблюдать направление линий магнитного поля и распределение плотности магнитного потока внутри двигателя.

c.Технология управления синхронным двигателем с постоянными магнитами

Улучшение производительности систем привода двигателя также имеет большое значение для развития области промышленного управления. Это позволяет системе работать с наилучшей производительностью. Ее основные характеристики отражаются в низкой скорости, особенно в случае быстрого запуска, статического ускорения и т. д., она может выдавать большой крутящий момент; а при движении на высокой скорости она может достигать постоянного управления скоростью мощности в широком диапазоне. В таблице 1 сравниваются производительности нескольких основных двигателей.

Как видно из Таблицы 1, двигатели с постоянными магнитами обладают хорошей надежностью, широким диапазоном скоростей и высокой эффективностью. В сочетании с соответствующим методом управления вся система двигателя может достичь наилучших характеристик. Поэтому необходимо выбрать подходящий алгоритм управления для достижения эффективного регулирования скорости, чтобы система привода двигателя могла работать в относительно широкой области регулирования скорости и постоянном диапазоне мощности.

Метод векторного управления широко используется в алгоритме управления скоростью двигателя с постоянными магнитами. Он имеет такие преимущества, как широкий диапазон регулирования скорости, высокая эффективность, высокая надежность, хорошая стабильность и хорошие экономические выгоды. Он широко используется в приводе двигателя, железнодорожном транспорте и сервоприводе станков. Из-за различных применений принятая в настоящее время стратегия векторного управления также отличается.

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, поскольку нет щеток, коммутаторов и других устройств, не требуется реактивный ток возбуждения, поэтому ток статора и потери сопротивления меньше, эффективность выше, момент возбуждения больше, а производительность управления лучше. Однако есть недостатки, такие как высокая стоимость и сложность запуска. Благодаря применению технологии управления в двигателях, особенно применению систем векторного управления, синхронные двигатели с постоянными магнитами могут достигать широкого диапазона регулирования скорости, быстрого динамического отклика и высокоточного управления позиционированием, 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 высокий коэффициент качества электросети. Компенсатор коэффициента мощности не требуется, а мощность оборудования подстанции может быть полностью использована;

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

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

d. Реактивный ток обычного асинхронного двигателя обычно составляет около 0,5-0,7 номинального тока. Синхронный двигатель с постоянными магнитами Mingteng не нуждается в токе возбуждения. Реактивный ток двигателя с постоянными магнитами и асинхронного двигателя отличается примерно на 50%, а фактический рабочий ток примерно на 15% ниже, чем у асинхронного двигателя;

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

е. Добавление драйвера может обеспечить плавный пуск, плавную остановку и бесступенчатое регулирование скорости с хорошим динамическим откликом и еще более улучшенным эффектом энергосбережения;

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

h. Для повышения эффективности системы, сокращения 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.

Аньхойская компания по производству постоянного магнитного оборудования и электрооборудования Минтэн (https://www.mingtengmotor.com/) была основана в 2007 году. Это высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже сверхвысокоэффективных синхронных двигателей с постоянными магнитами. Компания использует современную теорию проектирования двигателей, профессиональное программное обеспечение для проектирования 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, оптимизации структуры магнитной цепи, повышения уровня энергоэффективности двигателя и принципиального обеспечения надежного использования двигателя с постоянными магнитами.

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

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