Med utvecklingen av permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller på 1970-talet uppstod permanentmagnetmotorer av sällsynta jordartsmetaller. Permanentmagnetmotorer använder permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller för excitation, och permanentmagneter kan generera permanenta magnetfält efter magnetisering. Dess excitationsprestanda är utmärkt och den är överlägsen elektriska excitationsmotorer när det gäller stabilitet, kvalitet och förlustreducering, vilket har skakat den traditionella motormarknaden.

Under senare år, med den snabba utvecklingen av modern vetenskap och teknik, har prestandan och tekniken hos elektromagnetiska material, särskilt elektromagnetiska material av sällsynta jordartsmetaller, gradvis förbättrats. Tillsammans med den snabba utvecklingen av kraftelektronik, kraftöverföringsteknik och automatisk styrteknik blir prestandan hos permanentmagnetsynkronmotorer allt bättre.

Dessutom har permanentmagnetsynkronmotorer fördelarna med låg vikt, enkel struktur, liten storlek, goda egenskaper och hög effekttäthet. Många vetenskapliga forskningsinstitutioner och företag bedriver aktiv forskning och utveckling av permanentmagnetsynkronmotorer, och deras tillämpningsområden kommer att utökas ytterligare.

1. Utvecklingsgrund för permanentmagnetsynkronmotor

a. Tillämpning av högpresterande permanentmagnetmaterial för sällsynta jordartsmetaller

Permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller har genomgått tre steg: SmCo5, Sm2Co17 och Nd2Fe14B. För närvarande har permanentmagnetmaterial representerade av NdFeB blivit den mest använda typen av permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller på grund av deras utmärkta magnetiska egenskaper. Utvecklingen av permanentmagnetmaterial har drivit utvecklingen av permanentmagnetmotorer.

Jämfört med traditionella trefasinduktionsmotorer med elektrisk excitation ersätter permanentmagneten den elektriska excitationspolen, förenklar strukturen, eliminerar rotorns släpring och borste, realiserar den borstlösa strukturen och minskar rotorns storlek. Detta förbättrar motorns effekttäthet, vridmomenttäthet och arbetseffektivitet, och gör motorn mindre och lättare, vilket ytterligare utökar dess tillämpningsområde och främjar utvecklingen av elmotorer mot högre effekt.

b. Tillämpning av ny reglerteori

Under senare år har styralgoritmer utvecklats snabbt. Bland dessa har vektorstyralgoritmer i princip löst drivstrategiproblemet för växelströmsmotorer, vilket gör att växelströmsmotorer har god styrprestanda. Framväxten av direkt momentstyrning förenklar styrstrukturen och har egenskaper som stark kretsprestanda för parameterändringar och snabb dynamisk vridmomentresponshastighet. Indirekt momentstyrningsteknik löser problemet med stora momentpulseringar i direkt vridmoment vid låg hastighet och förbättrar motorns hastighet och styrnoggrannhet.

c. Tillämpning av högpresterande kraftelektroniska enheter och processorer

Modern kraftelektronikteknik är ett viktigt gränssnitt mellan informationsindustrin och traditionella industrier, och en brygga mellan svagström och kontrollerad starkström. Utvecklingen av kraftelektronikteknik möjliggör förverkligandet av strategier för drivstyrning.

På 1970-talet dök en serie universalväxelriktare upp som kunde omvandla industriell frekvenseffekt till variabel frekvenseffekt med kontinuerligt justerbar frekvens, vilket skapade förutsättningar för variabel frekvensreglering av växelström. Dessa växelriktare har mjukstartsfunktion efter att frekvensen är inställd, och frekvensen kan stiga från noll till den inställda frekvensen med en viss hastighet, och ökningshastigheten kan justeras kontinuerligt inom ett brett område, vilket löser startproblemet för synkronmotorer.

2. Utvecklingsstatus för permanentmagnetsynkronmotorer i hemlandet och utomlands

Historiens första motor var en permanentmagnetmotor. Vid den tiden var prestandan hos permanentmagnetmaterial relativt dålig, och koercitivkraften och remanensen hos permanentmagneter var för låg, så de ersattes snart av elektriska excitationsmotorer.

På 1970-talet hade permanentmagnetmaterial med sällsynta jordartsmetaller, representerade av NdFeB, stor koercitivkraft, remanens, stark avmagnetiseringsförmåga och stor magnetisk energiprodukt, vilket gjorde att högpresterande permanentmagnetsynkronmotorer kom in på historiens scen. Nu blir forskningen på permanentmagnetsynkronmotorer mer och mer mogen och utvecklas mot hög hastighet, högt vridmoment, hög effekt och hög effektivitet.

Under senare år, tack vare starka investeringar från inhemska forskare och regeringar, har permanentmagnetsynkronmotorer utvecklats snabbt. Med utvecklingen av mikrodatorteknik och automatisk styrteknik har permanentmagnetsynkronmotorer använts i stor utsträckning inom olika områden. På grund av samhällets framsteg har människors krav på permanentmagnetsynkronmotorer blivit strängare, vilket har lett till att permanentmagnetmotorer har utvecklats mot ett större hastighetsregleringsområde och högre precisionskontroll. Tack vare förbättringen av nuvarande produktionsprocesser har högpresterande permanentmagnetmaterial vidareutvecklats. Detta minskar kostnaden kraftigt och tillämpar det gradvis på olika områden i livet.

3. Nuvarande teknik

a. Permanentmagnetisk synkronmotordesignteknik

Jämfört med vanliga elektriska excitationsmotorer har permanentmagnetsynkronmotorer inga elektriska excitationslindningar, kollektorringar eller excitationsskåp, vilket avsevärt förbättrar inte bara stabilitet och tillförlitlighet, utan även effektiviteten.

Bland dem har inbyggda permanentmagnetmotorer fördelarna med hög effektivitet, hög effektfaktor, hög effekttäthet, stark svag magnetisk expansionskapacitet och snabb dynamisk responshastighet, vilket gör dem till ett idealiskt val för att driva motorer.

Permanentmagneter tillhandahåller hela excitationsmagnetfältet i permanentmagnetmotorer, och kuggmomentet ökar motorns vibrationer och buller under drift. För högt kuggmoment påverkar motorns hastighetsstyrsystems prestanda vid låga varvtal och positioneringssystemets högprecision. Därför bör kuggmomentet minskas så mycket som möjligt genom motoroptimering vid konstruktion av motorn.

Enligt forskning inkluderar de allmänna metoderna för att minska kuggmomentet att ändra polbågskoefficienten, minska statorns spårbredd, matcha snedspåret och polspåret, ändra den magnetiska polens position, storlek och form, etc. Det bör dock noteras att när kuggmomentet minskas kan det påverka motorns andra prestanda, såsom att det elektromagnetiska vridmomentet kan minska i motsvarande grad. Därför bör olika faktorer balanseras så mycket som möjligt vid konstruktionen för att uppnå bästa möjliga motorprestanda.

b. Simuleringsteknik för permanentmagnetsynkronmotorer

Närvaron av permanentmagneter i permanentmagnetmotorer gör det svårt för konstruktörer att beräkna parametrar, såsom designen av tomgångsläckageflödeskoefficient och polbågskoefficient. Generellt används programvara för finita elementanalys för att beräkna och optimera parametrarna för permanentmagnetmotorer. Programvara för finita elementanalys kan beräkna motorparametrar mycket noggrant, och det är mycket tillförlitligt att använda den för att analysera motorparametrarnas inverkan på prestandan.

Finita element-beräkningsmetoden gör det enklare, snabbare och mer exakt för oss att beräkna och analysera motorers elektromagnetiska fält. Detta är en numerisk metod som utvecklats baserat på differensmetoden och har använts flitigt inom vetenskap och teknik. Matematiska metoder används för att diskretisera vissa kontinuerliga lösningsdomäner i grupper av enheter, och sedan interpolera i varje enhet. På detta sätt bildas en linjär interpoleringsfunktion, det vill säga en approximativ funktion simuleras och analyseras med hjälp av ändliga element, vilket gör att vi intuitivt kan observera riktningen på magnetfältlinjerna och fördelningen av magnetisk flödestäthet inuti motorn.

c. Permanentmagnetisk synkronmotorstyrningsteknik

Att förbättra prestandan hos motordrivsystem är också av stor betydelse för utvecklingen av industriell styrning. Det gör det möjligt att driva systemet med bästa prestanda. Dess grundläggande egenskaper återspeglas i låg hastighet, särskilt vid snabb start, statisk acceleration etc., det kan ge ut ett stort vridmoment; och vid körning med hög hastighet kan det uppnå konstant effekt och hastighetsreglering inom ett brett område. Tabell 1 jämför prestandan hos flera större motorer.

Som framgår av tabell 1 har permanentmagnetmotorer god tillförlitlighet, brett hastighetsområde och hög verkningsgrad. Om de kombineras med motsvarande styrmetod kan hela motorsystemet uppnå bästa prestanda. Därför är det nödvändigt att välja en lämplig styralgoritm för att uppnå effektiv hastighetsreglering, så att motordrivsystemet kan arbeta inom ett relativt brett hastighetsregleringsområde och med konstant effektområde.

Vektorkontrollmetoden används ofta i algoritmen för hastighetskontroll av permanentmagnetmotorer. Den har fördelarna med brett hastighetsregleringsområde, hög effektivitet, hög tillförlitlighet, god stabilitet och goda ekonomiska fördelar. Den används ofta inom motordrift, järnvägstransport och servomotorer för verktygsmaskiner. På grund av olika användningsområden är den nuvarande vektorkontrollstrategin som används också annorlunda.

4. Egenskaper hos permanentmagnetsynkronmotor

Permanentmagnetsynkronmotorer har en enkel struktur, låg förlust och hög effektfaktor. Jämfört med elektriska excitationsmotorer krävs ingen reaktiv excitationsström eftersom det inte finns några borstar, kommutatorer eller andra enheter, så statorströmmen och resistansförlusten är mindre, verkningsgraden är högre, excitationsmomentet är större och styrprestandan är bättre. Det finns dock nackdelar som hög kostnad och startsvårigheter. På grund av tillämpningen av styrteknik i motorer, särskilt tillämpningen av vektorstyrsystem, kan permanentmagnetsynkronmotorer uppnå brett hastighetsregleringsområde, snabb dynamisk respons och hög precisionspositioneringskontroll, så permanentmagnetsynkronmotorer kommer att locka fler människor att bedriva omfattande forskning.

5. Tekniska egenskaper hos Anhui Mingteng permanentmagnetsynkronmotor

a. Motorn har en hög effektfaktor och en hög kvalitetsfaktor i förhållande till elnätet. Ingen effektfaktorkompensator krävs och transformatorstationens kapacitet kan utnyttjas fullt ut;

b. Permanentmagnetmotorn exciteras av permanentmagneter och arbetar synkront. Det finns ingen hastighetspulsering och rörledningsmotståndet ökar inte vid drift av fläktar och pumpar;

c. Permanentmagnetmotorn kan konstrueras med högt startmoment (mer än 3 gånger) och hög överbelastningskapacitet efter behov, vilket löser fenomenet "stor häst som drar liten vagn";

d. Den reaktiva strömmen för en vanlig asynkronmotor är generellt cirka 0,5–0,7 gånger märkströmmen. Mingtengs permanentmagnetsynkronmotor behöver ingen excitationsström. Den reaktiva strömmen mellan permanentmagnetmotorer och asynkronmotorer skiljer sig cirka 50 %, och den faktiska driftsströmmen är cirka 15 % lägre än för asynkronmotorer.

e. Motorn kan konstrueras för direktstart, och de externa installationsmåtten är desamma som för de för närvarande allmänt använda asynkronmotorerna, vilka helt kan ersätta asynkronmotorer;

f. Genom att lägga till en drivenhet kan man uppnå mjukstart, mjukstopp och steglös hastighetsreglering, med bra dynamisk respons och ytterligare förbättrad energisparande effekt;

g. Motorn har många topologiska strukturer, som direkt uppfyller de grundläggande kraven för mekanisk utrustning inom ett brett spektrum och under extrema förhållanden;

h. För att förbättra systemets effektivitet, förkorta transmissionskedjan och minska underhållskostnaderna kan hög- och lågvarviga direktdrivna permanentmagnetsynkronmotorer konstrueras och tillverkas för att möta användarnas högre krav.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) grundades 2007. Det är ett högteknologiskt företag som specialiserar sig på forskning och utveckling, produktion och försäljning av ultrahögeffektiva synkronmotorer med permanentmagnet. Företaget använder modern motordesignteori, professionell designprogramvara och ett egenutvecklat designprogram för permanentmagnetmotorer för att simulera det elektromagnetiska fältet, vätskefältet, temperaturfältet, spänningsfältet etc. hos permanentmagnetmotorer, optimera den magnetiska kretsstrukturen, förbättra motorns energieffektivitetsnivå och i grunden säkerställa en tillförlitlig användning av permanentmagnetmotorer.

Upphovsrätt: Denna artikel är en nytryckning av WeChats publika nummer "Motor Alliance", den ursprungliga länken.https://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Denna artikel representerar inte vårt företags åsikter. Om du har andra åsikter eller synpunkter, vänligen rätta oss!