Con lo sviluppo dei materiali a magneti permanenti delle terre rare negli anni '70, sono nati i motori a magneti permanenti delle terre rare. I motori a magneti permanenti utilizzano magneti permanenti di terre rare per l'eccitazione e i magneti permanenti possono generare campi magnetici permanenti dopo la magnetizzazione. Le sue prestazioni di eccitazione sono eccellenti ed è superiore ai motori ad eccitazione elettrica in termini di stabilità, qualità e riduzione delle perdite, che hanno scosso il mercato dei motori tradizionali.

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, le prestazioni e la tecnologia dei materiali elettromagnetici, in particolare dei materiali elettromagnetici delle terre rare, sono state gradualmente migliorate. Insieme al rapido sviluppo dell'elettronica di potenza, della tecnologia di trasmissione di potenza e della tecnologia di controllo automatico, le prestazioni dei motori sincroni a magneti permanenti stanno migliorando sempre di più.

Inoltre, i motori sincroni a magneti permanenti presentano i vantaggi di leggerezza, struttura semplice, dimensioni ridotte, buone caratteristiche ed elevata densità di potenza. Molti istituti di ricerca scientifica e imprese stanno conducendo attivamente la ricerca e lo sviluppo di motori sincroni a magneti permanenti e le loro aree di applicazione saranno ulteriormente ampliate.

1. Base di sviluppo del motore sincrono a magneti permanenti

a.Applicazione di materiali a magneti permanenti di terre rare ad alte prestazioni

I materiali a magneti permanenti delle terre rare hanno attraversato tre fasi: SmCo5, Sm2Co17 e Nd2Fe14B. Attualmente, i materiali a magneti permanenti rappresentati da NdFeB sono diventati il ​​tipo più utilizzato di materiali a magneti permanenti delle terre rare grazie alle loro eccellenti proprietà magnetiche. Lo sviluppo di materiali a magneti permanenti ha guidato lo sviluppo di motori a magneti permanenti.

Rispetto al tradizionale motore a induzione trifase con eccitazione elettrica, il magnete permanente sostituisce il polo di eccitazione elettrica, semplifica la struttura, elimina l'anello collettore e la spazzola del rotore, realizza la struttura senza spazzole e riduce le dimensioni del rotore. Ciò migliora la densità di potenza, la densità di coppia e l'efficienza operativa del motore e rende il motore più piccolo e leggero, ampliando ulteriormente il suo campo di applicazione e promuovendo lo sviluppo di motori elettrici verso una potenza maggiore.

b.Applicazione di una nuova teoria del controllo

Negli ultimi anni, gli algoritmi di controllo si sono sviluppati rapidamente. Tra questi, gli algoritmi di controllo vettoriale hanno risolto in linea di principio il problema della strategia di guida dei motori CA, facendo sì che i motori CA abbiano buone prestazioni di controllo. L'emergere del controllo diretto della coppia rende la struttura di controllo più semplice e presenta le caratteristiche di elevate prestazioni del circuito per le modifiche dei parametri e un'elevata velocità di risposta dinamica della coppia. La tecnologia di controllo indiretto della coppia risolve il problema delle grandi pulsazioni della coppia diretta a bassa velocità e migliora la velocità e la precisione del controllo del motore.

c.Applicazione di dispositivi e processori elettronici di potenza ad alte prestazioni

La moderna tecnologia dell'elettronica di potenza costituisce un'importante interfaccia tra l'industria dell'informazione e le industrie tradizionali e un ponte tra la corrente debole e la corrente forte controllata. Lo sviluppo della tecnologia dell'elettronica di potenza consente la realizzazione di strategie di controllo dell'azionamento.

Negli anni '70 apparve una serie di inverter per uso generale, in grado di convertire la potenza a frequenza industriale in potenza a frequenza variabile con frequenza regolabile in modo continuo, creando così le condizioni per la regolazione della velocità a frequenza variabile della potenza CA. Questi inverter hanno la capacità di avvio graduale dopo aver impostato la frequenza e la frequenza può aumentare da zero alla frequenza impostata ad una certa velocità e la velocità di aumento può essere regolata continuamente entro un ampio intervallo, risolvendo il problema di avviamento dei motori sincroni.

2. Stato di sviluppo dei motori sincroni a magneti permanenti in patria e all'estero

Il primo motore della storia era un motore a magneti permanenti. A quel tempo, le prestazioni dei materiali a magneti permanenti erano relativamente scarse e la forza coercitiva e la rimanenza dei magneti permanenti erano troppo basse, quindi furono presto sostituite da motori ad eccitazione elettrica.

Negli anni '70, i materiali a magneti permanenti delle terre rare rappresentati da NdFeB avevano una grande forza coercitiva, rimanenza, forte capacità di smagnetizzazione e un grande prodotto di energia magnetica, che fece apparire sulla scena della storia i motori sincroni a magneti permanenti ad alta potenza. Ora, la ricerca sui motori sincroni a magneti permanenti sta diventando sempre più matura e si sta sviluppando verso l'alta velocità, l'elevata coppia, l'elevata potenza e l'elevata efficienza.

Negli ultimi anni, con il forte investimento di studiosi nazionali e del governo, i motori sincroni a magneti permanenti si sono sviluppati rapidamente. Con lo sviluppo della tecnologia dei microcomputer e della tecnologia di controllo automatico, i motori sincroni a magneti permanenti sono stati ampiamente utilizzati in vari campi. A causa del progresso della società, i requisiti delle persone per i motori sincroni a magneti permanenti sono diventati più severi, spingendo i motori a magneti permanenti a svilupparsi verso un intervallo di regolazione della velocità più ampio e un controllo di precisione più elevato. Grazie al miglioramento degli attuali processi di produzione, sono stati ulteriormente sviluppati materiali a magneti permanenti ad alte prestazioni. Ciò riduce notevolmente il suo costo e lo applica gradualmente a vari campi della vita.

3. Tecnologia attuale

UN. Tecnologia di progettazione del motore sincrono a magnete permanente

Rispetto ai normali motori di eccitazione elettrica, i motori sincroni a magneti permanenti non hanno avvolgimenti di eccitazione elettrica, anelli collettori e armadi di eccitazione, il che migliora notevolmente non solo la stabilità e l'affidabilità, ma anche l'efficienza.

Tra questi, i motori a magneti permanenti integrati presentano i vantaggi di alta efficienza, elevato fattore di potenza, elevata densità di potenza dell'unità, forte capacità di espansione della velocità magnetica debole e rapida velocità di risposta dinamica, che li rendono la scelta ideale per l'azionamento dei motori.

I magneti permanenti forniscono l'intero campo magnetico di eccitazione dei motori a magneti permanenti e la coppia di cogging aumenterà la vibrazione e il rumore del motore durante il funzionamento. Una coppia di cogging eccessiva influenzerà le prestazioni a bassa velocità del sistema di controllo della velocità del motore e il posizionamento ad alta precisione del sistema di controllo della posizione. Pertanto, durante la progettazione del motore, la coppia di cogging dovrebbe essere ridotta il più possibile attraverso l'ottimizzazione del motore.

Secondo la ricerca, i metodi generali per ridurre la coppia di cogging includono la modifica del coefficiente dell'arco polare, la riduzione della larghezza della fessura dello statore, la corrispondenza della fessura obliqua e della fessura del polo, la modifica della posizione, delle dimensioni e della forma del polo magnetico, ecc. Tuttavia , va notato che quando si riduce la coppia di cogging, ciò potrebbe influire su altre prestazioni del motore, ad esempio la coppia elettromagnetica potrebbe diminuire di conseguenza. Pertanto, durante la progettazione, è necessario bilanciare il più possibile i vari fattori per ottenere le migliori prestazioni del motore.

b. Tecnologia di simulazione del motore sincrono a magnete permanente

La presenza di magneti permanenti nei motori a magneti permanenti rende difficile per i progettisti calcolare parametri, come la progettazione del coefficiente di flusso di dispersione a vuoto e del coefficiente dell'arco polare. Generalmente, il software di analisi degli elementi finiti viene utilizzato per calcolare e ottimizzare i parametri dei motori a magneti permanenti. Il software di analisi degli elementi finiti può calcolare i parametri del motore in modo molto accurato ed è molto affidabile utilizzarlo per analizzare l'impatto dei parametri del motore sulle prestazioni.

Il metodo di calcolo degli elementi finiti ci rende più semplice, veloce e preciso il calcolo e l'analisi del campo elettromagnetico dei motori. Si tratta di un metodo numerico sviluppato sulla base del metodo delle differenze ed è stato ampiamente utilizzato nella scienza e nell'ingegneria. Utilizzare metodi matematici per discretizzare alcuni domini di soluzioni continue in gruppi di unità, quindi effettuare l'interpolazione in ciascuna unità. In questo modo si forma una funzione di interpolazione lineare, ovvero viene simulata e analizzata una funzione approssimativa utilizzando elementi finiti, che ci consente di osservare intuitivamente la direzione delle linee del campo magnetico e la distribuzione della densità del flusso magnetico all'interno del motore.

c. Tecnologia di controllo del motore sincrono a magnete permanente

Anche il miglioramento delle prestazioni dei sistemi di azionamento dei motori è di grande importanza per lo sviluppo del campo del controllo industriale. Permette al sistema di essere guidato alle migliori prestazioni. Le sue caratteristiche fondamentali si riflettono nella bassa velocità, soprattutto in caso di avviamento rapido, accelerazione statica, ecc., può erogare una coppia elevata; e quando si guida ad alta velocità, può ottenere un controllo costante della velocità di potenza in un'ampia gamma. La tabella 1 confronta le prestazioni di diversi motori principali.

Come si può vedere dalla Tabella 1, i motori a magneti permanenti hanno una buona affidabilità, un ampio intervallo di velocità e un'elevata efficienza. Se combinato con il metodo di controllo corrispondente, l'intero sistema motore può ottenere le migliori prestazioni. Pertanto, è necessario selezionare un algoritmo di controllo adatto per ottenere una regolazione efficiente della velocità, in modo che il sistema di azionamento del motore possa funzionare in un'area di regolazione della velocità relativamente ampia e in un intervallo di potenza costante.

Il metodo di controllo vettoriale è ampiamente utilizzato nell'algoritmo di controllo della velocità del motore a magnete permanente. Presenta i vantaggi di un'ampia gamma di regolazione della velocità, alta efficienza, alta affidabilità, buona stabilità e buoni vantaggi economici. È ampiamente utilizzato nell'azionamento di motori, nel trasporto ferroviario e nel servo di macchine utensili. A causa dei diversi usi, anche l’attuale strategia di controllo dei vettori adottata è diversa.

4.Caratteristiche del motore sincrono a magneti permanenti

Il motore sincrono a magnete permanente ha una struttura semplice, basse perdite e un elevato fattore di potenza. Rispetto al motore di eccitazione elettrico, poiché non ci sono spazzole, commutatori e altri dispositivi, non è richiesta corrente di eccitazione reattiva, quindi la corrente dello statore e la perdita di resistenza sono minori, l'efficienza è maggiore, la coppia di eccitazione è maggiore e le prestazioni di controllo è meglio. Tuttavia, ci sono degli svantaggi come i costi elevati e la difficoltà di avvio. Grazie all'applicazione della tecnologia di controllo nei motori, in particolare l'applicazione di sistemi di controllo vettoriale, i motori sincroni a magneti permanenti possono ottenere un'ampia gamma di regolazioni della velocità, una risposta dinamica rapida e un controllo del posizionamento ad alta precisione, quindi i motori sincroni a magneti permanenti attireranno più persone a condurre ricerche approfondite.

5. Caratteristiche tecniche del motore sincrono a magneti permanenti Anhui Mingteng

UN. Il motore ha un elevato fattore di potenza e un elevato fattore di qualità della rete elettrica. Non è richiesto alcun compensatore del fattore di potenza e la capacità delle apparecchiature della sottostazione può essere pienamente utilizzata;

B. Il motore a magnete permanente è eccitato da magneti permanenti e funziona in modo sincrono. Non vi sono pulsazioni di velocità e la resistenza della tubazione non aumenta durante l'azionamento di ventilatori e pompe;

C. Il motore a magnete permanente può essere progettato con un'elevata coppia di avviamento (più di 3 volte) e un'elevata capacità di sovraccarico secondo necessità, risolvendo così il fenomeno del "grande cavallo che tira un piccolo carro";

D. La corrente reattiva del normale motore asincrono è generalmente circa 0,5-0,7 volte la corrente nominale. Il motore sincrono a magneti permanenti Mingteng non necessita di corrente di eccitazione. La corrente reattiva del motore a magnete permanente e del motore asincrono è diversa di circa il 50% e la corrente operativa effettiva è inferiore di circa il 15% rispetto a quella del motore asincrono;

e. Il motore può essere progettato per avviarsi direttamente e le dimensioni esterne di installazione sono le stesse dei motori asincroni attualmente ampiamente utilizzati, che possono sostituire completamente i motori asincroni;

F. L'aggiunta di un driver può ottenere un avvio graduale, un arresto graduale e una regolazione continua della velocità, con una buona risposta dinamica e un effetto di risparmio energetico ulteriormente migliorato;

G. Il motore ha molte strutture topologiche, che soddisfano direttamente i requisiti fondamentali delle apparecchiature meccaniche in un'ampia gamma e in condizioni estreme;

H. Al fine di migliorare l'efficienza del sistema, accorciare la catena di trasmissione e ridurre i costi di manutenzione, è possibile progettare e produrre motori sincroni a magneti permanenti ad azionamento diretto ad alta e bassa velocità per soddisfare le esigenze più elevate degli utenti.

Anhui Mingteng Macchinari magnetici permanenti e apparecchiature elettriche Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) è stata fondata nel 2007. È un'impresa high-tech specializzata nella ricerca e sviluppo, produzione e vendita di motori sincroni a magneti permanenti ad altissima efficienza. L'azienda utilizza la moderna teoria della progettazione dei motori, software di progettazione professionale e un programma di progettazione di motori a magneti permanenti sviluppato autonomamente per simulare il campo elettromagnetico, il campo del fluido, il campo della temperatura, il campo delle sollecitazioni, ecc. del motore a magneti permanenti, ottimizzare la struttura del circuito magnetico, migliorare il livello di efficienza energetica del motore e, fondamentalmente, garantire l'uso affidabile del motore a magnete permanente.

Copyright: questo articolo è una ristampa del numero pubblico di WeChat “Motor Alliance”, il collegamento originalehttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

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