Aštuntajame dešimtmetyje, tobulėjant retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagoms, atsirado retųjų žemių nuolatinių magnetų varikliai. Nuolatinių magnetų varikliuose sužadinimui naudojami retųjų žemių nuolatiniai magnetai, o nuolatiniai magnetai po įmagnetinimo gali generuoti nuolatinius magnetinius laukus. Jų sužadinimo charakteristikos yra puikios, o stabilumo, kokybės ir nuostolių mažinimo požiūriu jie pranašesni už elektrinius sužadinimo variklius, o tai sukrėtė tradicinių variklių rinką.

Pastaraisiais metais, sparčiai vystantis šiuolaikiniam mokslui ir technologijoms, elektromagnetinių medžiagų, ypač retųjų žemių elektromagnetinių medžiagų, veikimas ir technologijos buvo palaipsniui gerinamos. Kartu su sparčia galios elektronikos, energijos perdavimo technologijų ir automatinio valdymo technologijų plėtra nuolatinių magnetų sinchroninių variklių veikimas gerėja.

Be to, nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai pasižymi lengvumu, paprasta konstrukcija, mažu dydžiu, geromis charakteristikomis ir dideliu galios tankiu. Daugelis mokslinių tyrimų institucijų ir įmonių aktyviai vykdo nuolatinių magnetų sinchroninių variklių tyrimus ir plėtrą, o jų taikymo sritys bus dar labiau išplėstos.

1. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio kūrimo pagrindas

a. Didelio našumo retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagų taikymas

Retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagos perėjo tris etapus: SmCo5, Sm2Co17 ir Nd2Fe14B. Šiuo metu nuolatinių magnetų medžiagos, atstovaujamos NdFeB, tapo plačiausiai naudojamu retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagų tipu dėl savo puikių magnetinių savybių. Nuolatinių magnetų medžiagų kūrimas paskatino nuolatinių magnetų variklių kūrimą.

Lyginant su tradiciniu trifaziu indukciniu varikliu su elektriniu sužadinimu, nuolatinis magnetas pakeičia elektrinio sužadinimo polių, supaprastina konstrukciją, pašalina rotoriaus slydimo žiedą ir šepetėlį, realizuoja bešepetę struktūrą ir sumažina rotoriaus dydį. Tai pagerina variklio galios tankį, sukimo momento tankį ir darbo efektyvumą, sumažina variklį ir padaro jį mažesnį, lengvesnį, dar labiau išplečia jo taikymo sritį ir skatina didesnės galios elektros variklių plėtrą.

b. Naujos valdymo teorijos taikymas

Pastaraisiais metais valdymo algoritmai sparčiai vystėsi. Tarp jų vektorinio valdymo algoritmai iš esmės išsprendė kintamosios srovės variklių pavaros strategijos problemą, todėl kintamosios srovės varikliai pasižymi geru valdymo našumu. Tiesioginio sukimo momento valdymo atsiradimas supaprastina valdymo struktūrą ir pasižymi geru grandinės našumu keičiant parametrus bei greitu sukimo momento dinaminiu atsaku. Netiesioginio sukimo momento valdymo technologija išsprendžia didelio sukimo momento pulsavimo problemą esant mažam tiesioginio sukimo momento greičiui ir pagerina variklio greitį bei valdymo tikslumą.

c.Didelio našumo galios elektroninių prietaisų ir procesorių taikymas

Šiuolaikinės galios elektronikos technologijos yra svarbi sąsaja tarp informacinės pramonės ir tradicinės pramonės, taip pat tiltas tarp silpnos srovės ir valdomos stiprios srovės. Galios elektronikos technologijų plėtra leidžia įgyvendinti pavaros valdymo strategijas.

Aštuntajame dešimtmetyje atsirado eilė bendrosios paskirties keitiklių, kurie galėjo paversti pramoninio dažnio energiją kintamo dažnio energija su nuolat reguliuojamu dažniu, taip sudarydami sąlygas kintamo dažnio kintamosios srovės greičio reguliavimui. Šie keitikliai turi švelnaus paleidimo galimybę po dažnio nustatymo, dažnis gali didėti nuo nulio iki nustatyto dažnio tam tikru greičiu, o didėjimo greitis gali būti nuolat reguliuojamas plačiame diapazone, taip išsprendžiant sinchroninių variklių paleidimo problemą.

2. Nuolatinių magnetų sinchroninių variklių plėtros būsena šalyje ir užsienyje

Pirmasis istorijoje variklis buvo nuolatinio magneto variklis. Tuo metu nuolatinio magneto medžiagų eksploatacinės savybės buvo gana prastos, o nuolatinių magnetų koercinė jėga ir liekamoji magnetinė įtampa buvo per mažos, todėl netrukus juos pakeitė elektriniai sužadinimo varikliai.

Aštuntajame dešimtmetyje retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagos, tokios kaip NdFeB, pasižymėjo didele koercyvine jėga, liekamąja jėga, stipriu demagnetizacijos gebėjimu ir dideliu magnetinės energijos produktu, todėl istorijos scenoje atsirado didelės galios nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai. Dabar nuolatinių magnetų sinchroninių variklių tyrimai tampa vis brandesni ir vystosi siekiant didelio greičio, didelio sukimo momento, didelės galios ir didelio efektyvumo.

Pastaraisiais metais, dėka didelių šalies mokslininkų ir vyriausybės investicijų, nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai sparčiai vystėsi. Tobulėjant mikrokompiuterių technologijoms ir automatinio valdymo technologijoms, nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai buvo plačiai naudojami įvairiose srityse. Dėl visuomenės pažangos žmonių reikalavimai nuolatinių magnetų sinchroniniams varikliams tapo griežtesni, todėl nuolatinių magnetų varikliai vystėsi siekiant didesnio greičio reguliavimo diapazono ir didesnio tikslumo valdymo. Tobulėjant dabartiniams gamybos procesams, buvo toliau tobulinamos didelio našumo nuolatinių magnetų medžiagos. Tai labai sumažina jų kainą ir palaipsniui pritaiko jas įvairiose gyvenimo srityse.

3. Dabartinės technologijos

a. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio projektavimo technologija

Palyginti su įprastais elektriniais žadinimo varikliais, nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai neturi elektrinių žadinimo apvijų, kolektorių žiedų ir žadinimo spintelių, o tai labai pagerina ne tik stabilumą ir patikimumą, bet ir efektyvumą.

Tarp jų įmontuoti nuolatinių magnetų varikliai pasižymi dideliu efektyvumu, dideliu galios koeficientu, dideliu vieneto galios tankiu, stipriu silpno magnetinio greičio išplėtimo pajėgumu ir greitu dinaminiu atsako greičiu, todėl jie idealiai tinka varikliams valdyti.

Nuolatiniai magnetai sukuria visą nuolatinių magnetų variklių sužadinimo magnetinį lauką, o per didelis sukimo momentas padidins variklio vibraciją ir triukšmą veikimo metu. Per didelis sukimo momentas paveiks variklio greičio reguliavimo sistemos veikimą esant mažam greičiui ir padėties reguliavimo sistemos didelio tikslumo padėties nustatymą. Todėl projektuojant variklį, sukimo momentą reikia kuo labiau sumažinti optimizuojant variklį.

Remiantis tyrimais, bendrieji sukimo momento mažinimo metodai apima poliaus lanko koeficiento keitimą, statoriaus griovelio pločio mažinimą, pasvirimo ir poliaus griovelių suderinimą, magnetinio poliaus padėties, dydžio ir formos keitimą ir kt. Tačiau reikia atkreipti dėmesį, kad sumažinus sukimo momentą, tai gali paveikti kitas variklio charakteristikas, pavyzdžiui, atitinkamai sumažėti elektromagnetinis sukimo momentas. Todėl projektuojant reikia kuo labiau subalansuoti įvairius veiksnius, kad būtų pasiektas geriausias variklio veikimas.

b. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio modeliavimo technologija

Nuolatinių magnetų buvimas nuolatinių magnetų varikliuose apsunkina projektuotojams parametrų, tokių kaip apkrovos neturinčio nuotėkio srauto koeficiento ir poliaus lanko koeficiento, apskaičiavimą. Paprastai baigtinių elementų analizės programinė įranga naudojama nuolatinių magnetų variklių parametrams apskaičiuoti ir optimizuoti. Baigtinių elementų analizės programinė įranga gali labai tiksliai apskaičiuoti variklio parametrus ir yra labai patikima naudoti analizuojant variklio parametrų poveikį veikimui.

Baigtinių elementų skaičiavimo metodas leidžia mums lengviau, greičiau ir tiksliau apskaičiuoti ir analizuoti variklių elektromagnetinį lauką. Tai skaitmeninis metodas, sukurtas skirtuminio metodo pagrindu ir plačiai naudojamas moksle ir inžinerijoje. Naudojant matematinius metodus, kai kurios ištisinės sprendinių sritys diskretizuojamos į vienetų grupes, o tada kiekviename vienete interpoliuojama. Tokiu būdu suformuojama tiesinė interpoliacijos funkcija, t. y. apytikslė funkcija imituojama ir analizuojama naudojant baigtinius elementus, o tai leidžia intuityviai stebėti magnetinio lauko linijų kryptį ir magnetinio srauto tankio pasiskirstymą variklio viduje.

c. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio valdymo technologija

Variklių pavaros sistemų našumo gerinimas taip pat yra labai svarbus pramoninio valdymo srities plėtrai. Tai leidžia sistemai veikti geriausiu našumu. Pagrindinės jos charakteristikos atsispindi mažame greičyje, ypač greito paleidimo, statinio pagreičio ir pan. atveju, ji gali išgauti didelį sukimo momentą; važiuojant dideliu greičiu, ji gali pasiekti pastovų galios greičio valdymą plačiame diapazone. 1 lentelėje palyginamas kelių pagrindinių variklių našumas.

Kaip matyti iš 1 lentelės, nuolatinių magnetų varikliai pasižymi geru patikimumu, plačiu greičio diapazonu ir dideliu efektyvumu. Jei jie derinami su atitinkamu valdymo metodu, visa variklio sistema gali pasiekti geriausią našumą. Todėl norint efektyviai reguliuoti greitį, būtina pasirinkti tinkamą valdymo algoritmą, kad variklio pavaros sistema galėtų veikti gana plačiame greičio reguliavimo diapazone ir pastovios galios diapazone.

Vektorinio valdymo metodas plačiai naudojamas nuolatinio magneto variklio greičio valdymo algoritme. Jis pasižymi plačiu greičio reguliavimo diapazonu, dideliu efektyvumu, patikimumu, geru stabilumu ir ekonomine nauda. Jis plačiai naudojamas variklių pavarose, geležinkelių transporte ir staklių servo varikliuose. Dėl skirtingų panaudojimo būdų skiriasi ir dabartinė vektorinio valdymo strategija.

4. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio charakteristikos

Nuolatinio magneto sinchroninis variklis pasižymi paprasta konstrukcija, mažais nuostoliais ir dideliu galios koeficientu. Lyginant su elektriniu žadinimo varikliu, kadangi nėra šepečių, komutatorių ir kitų įtaisų, nereikia reaktyviosios žadinimo srovės, todėl statoriaus srovė ir varžos nuostoliai yra mažesni, efektyvumas didesnis, žadinimo sukimo momentas didesnis, o valdymo charakteristikos geresnės. Tačiau yra ir trūkumų, tokių kaip didelė kaina ir sunkumai užvedant. Dėl valdymo technologijų taikymo varikliuose, ypač dėl vektorinių valdymo sistemų, nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai gali pasiekti platų greičio reguliavimo diapazoną, greitą dinaminį atsaką ir didelio tikslumo padėties valdymą, todėl nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai pritrauks daugiau žmonių atlikti išsamius tyrimus.

5. „Anhui Mingteng“ nuolatinio magneto sinchroninio variklio techninės charakteristikos

a. Variklis turi didelį galios koeficientą ir aukštą elektros tinklo kokybės koeficientą. Nereikia galios koeficiento kompensatoriaus, todėl galima visiškai išnaudoti pastotės įrangos pajėgumus;

b. Nuolatinio magneto variklis yra sužadinamas nuolatinių magnetų ir veikia sinchroniškai. Nėra greičio pulsavimo, o vamzdyno varža nepadidėja, kai sukasi ventiliatoriai ir siurbliai;

c. Nuolatinio magneto variklis gali būti suprojektuotas su dideliu pradiniu sukimo momentu (daugiau nei 3 kartus) ir didele perkrovos galia, jei reikia, taip išsprendžiant „didelio arklio tempiamo mažo vežimo“ reiškinį;

d. Įprasto asinchroninio variklio reaktyvioji srovė paprastai yra apie 0,5–0,7 karto didesnė už vardinę srovę. „Mingteng“ nuolatinio magneto sinchroniniam varikliui nereikia sužadinimo srovės. Nuolatinio magneto variklio ir asinchroninio variklio reaktyvioji srovė skiriasi apie 50 %, o faktinė darbinė srovė yra apie 15 % mažesnė nei asinchroninio variklio;

e. Variklis gali būti suprojektuotas taip, kad užsivestų tiesiogiai, o išoriniai montavimo matmenys yra tokie patys kaip ir šiuo metu plačiai naudojamų asinchroninių variklių, kurie gali visiškai pakeisti asinchroninius variklius;

f. Pridėjus vairuotoją, galima pasiekti švelnų paleidimą, švelnų stabdymą ir laipsnišką greičio reguliavimą, užtikrinant gerą dinaminį atsaką ir dar labiau pagerintą energijos taupymo efektą;

g. Variklis turi daug topologinių struktūrų, kurios tiesiogiai atitinka pagrindinius mechaninės įrangos reikalavimus plačiame diapazone ir ekstremaliomis sąlygomis;

h. Siekiant pagerinti sistemos efektyvumą, sutrumpinti perdavimo grandinę ir sumažinti priežiūros išlaidas, didelio ir mažo greičio tiesioginės pavaros nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai gali būti suprojektuoti ir pagaminti taip, kad atitiktų aukštesnius vartotojų reikalavimus.

„Anhui Mingteng“ nuolatinių magnetinių mašinų ir elektros įrangos Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) buvo įkurta 2007 m. Tai aukštųjų technologijų įmonė, kuri specializuojasi itin didelio efektyvumo nuolatinių magnetų sinchroninių variklių tyrimuose ir plėtroje, gamyboje ir pardavime. Įmonė naudoja modernią variklių projektavimo teoriją, profesionalią projektavimo programinę įrangą ir pačios sukurtą nuolatinių magnetų variklių projektavimo programą, kad imituotų nuolatinių magnetų variklio elektromagnetinį lauką, skysčio lauką, temperatūros lauką, įtempių lauką ir kt., optimizuotų magnetinės grandinės struktūrą, pagerintų variklio energijos vartojimo efektyvumą ir iš esmės užtikrintų patikimą nuolatinių magnetų variklio naudojimą.

Autorių teisės: Šis straipsnis yra „WeChat“ viešojo numerio „Motor Alliance“, originalios nuorodos, perspausdinimashttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Šis straipsnis neatspindi mūsų įmonės požiūrio. Jei turite kitokią nuomonę ar požiūrį, prašome mus pataisyti!