Двигатель с редкоземельными постоянными магнитами — это новый тип двигателя с постоянными магнитами, появившийся в начале 1970-х годов.
Благодаря превосходным магнитным свойствам редкоземельных материалов с постоянными магнитами они могут создавать сильное постоянное магнитное поле без внешней энергии после намагничивания.
Двигатель с редкоземельными постоянными магнитами не только обладает высоким КПД, но также имеет простую конструкцию и надежную работу. Он также может быть небольшим по размеру и легким по весу.
Изготавливаются специальные двигатели, отвечающие конкретным эксплуатационным требованиям, например, тяговые двигатели лифтов, специальные двигатели для автомобилей и т. д.
Сочетание редкоземельных двигателей с постоянными магнитами, технологии силовой электроники и технологии микрокомпьютерного управления повысило производительность двигателя и системы трансмиссии на новый уровень.
Повышение производительности и уровня вспомогательной технической оснащенности является важным направлением развития автомобилестроения для корректировки структуры промышленности.
Двигатели с редкоземельными постоянными магнитами широко используются практически во всех областях авиации, аэрокосмической промышленности, национальной обороны, производства оборудования, промышленного и сельскохозяйственного производства, а также в повседневной жизни.
Он включает в себя синхронные двигатели с постоянными магнитами, генераторы с постоянными магнитами, двигатели постоянного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока, серводвигатели переменного тока с постоянными магнитами, линейные двигатели с постоянными магнитами, специальные двигатели с постоянными магнитами и соответствующие системы управления, охватывающие почти всю автомобильную промышленность.
22 ноября 2021 года Министерство промышленности и информационных технологий и Государственная администрация по регулированию рынка совместно опубликовали «План повышения энергоэффективности двигателей (2021-2023 годы)», в котором предлагается, чтобы к 2023 году годовой выпуск высокоэффективных и энергетических автомобилей Мощность энергосберегающих двигателей достигнет 170 миллионов киловатт, доля находящихся в эксплуатации высокоэффективных и энергосберегающих двигателей достигнет более 20%, а годовая экономия электроэнергии составит 49 миллиардов кВтч.
В документе четко сказано: «Для вентиляторов, насосов, компрессоров, станков и другого оборудования общего назначения поощрять использование электродвигателей с уровнем энергоэффективности 2 и выше.
Для условий эксплуатации с переменной нагрузкой продвигайте двигатели с переменной частотой и постоянными магнитами с уровнем энергоэффективности 2 и выше».
Согласно версии стандарта «Синхронный двигатель с постоянными магнитами» 2013 года, текущее производство двигателей с постоянными магнитами распределено по интервалам энергопотребления первого и второго уровня; в сочетании с «Пределами энергоэффективности двигателя и классами энергоэффективности» (GB 18613-2020) и «Планом повышения энергоэффективности двигателя» только некоторые высокопроизводительные двигатели с редкоземельными постоянными магнитами NdFeB могут достичь эффективности более 95% от стандарт энергопотребления первого уровня (соответствует IE5), а остальные двигатели с редкоземельными постоянными магнитами относятся к стандарту энергопотребления второго уровня.
В настоящее время двигатели с редкоземельными постоянными магнитами могут сэкономить более 10% электроэнергии и повысить их эффективность более чем до 95%.
При использовании синхронного двигателя с редкоземельными постоянными магнитами уровень экономии реактивной мощности может достигать 85%, а уровень экономии активной мощности может достигать 23%~25%. Эффект энергосбережения замечательный.
Промышленные двигатели — это области, которые потребляют больше всего электроэнергии в обществе.
В 2020 году моторные холдинги Китая составят около 4 млрд киловатт, а общее потребление электроэнергии составит около 4.8 трлн кВтч, что составит 64% от общего потребления электроэнергии всем обществом.
Среди них общее энергопотребление двигателей в промышленной сфере составит 3.84 триллиона кВтч. На их долю приходится 75% промышленного потребления электроэнергии, каждый 1% повышения энергоэффективности двигателей в промышленной сфере может сэкономить около 38.4 млрд кВтч электроэнергии. в год, а повышение энергоэффективности на 3% эквивалентно годовому производству электроэнергии в Трех ущельях.
Государственный совет опубликовал «План действий по пику выбросов углерода в 2030 году», в котором основное внимание уделяется содействию энергосбережению и повышению эффективности основного энергопотребляющего оборудования, уделяя особое внимание двигателям, вентиляторам, насосам, компрессорам, трансформаторам, теплообменникам, промышленным котлам и другому оборудованию. всесторонне улучшить стандарт энергоэффективности.
Высокоэффективные и энергосберегающие двигатели относятся к стандартным двигателям общего назначения с высоким КПД.
В мае 2020 года Китай объявил о выпуске последнего стандарта энергоэффективности двигателей «GB18613-2020 «Пределы энергоэффективности двигателей и классы энергоэффективности». Стандарт официально введен в действие 1 июня 2021 года, а энергоэффективные двигатели ниже IE3 (международный стандарт) были вынуждены остановить производство.
Типы двигателей включают трехфазные асинхронные двигатели, двигатели с редкоземельными постоянными магнитами и т. д. Традиционные асинхронные двигатели можно увеличить за счет увеличения материалов (увеличение внешнего диаметра железного сердечника, увеличение размера паза статора, увеличение веса медных проводов). и использование листов кремнистой стали с хорошей магнитной проницаемостью).
Однако из-за его основного принципа работы повысить эффективность традиционных асинхронных двигателей сложно. Например, некоторые энергоэффективные двигатели классов IE4 и IE5 предпочитают использовать режим постоянного магнита.
Что еще более важно, по сравнению с асинхронными двигателями двигатели с редкоземельными постоянными магнитами обладают естественными преимуществами энергосбережения.
1) Сохранение энергии:
В отличие от асинхронного двигателя, ротор двигателя с постоянными магнитами не требует тока возбуждения, а экономия энергии составляет около 15–20%.
2) Высокая эффективность:
КПД двигателей с постоянными магнитами на 2-19 процентных пунктов выше, чем у традиционных двигателей.
3) Sпростая структура и низкий уровень отказов.
4) Долгая жизнь:
Ротор двигателя с постоянными магнитами имеет встроенную герметичную конструкцию, которая снижает трение и окисление во время вращения, а также повышает стабильность и срок службы двигателя.
Цикл восстановления замены двигателей с редкоземельными постоянными магнитами составляет около 1-2 лет, а экономическая выгода на самом деле очевидна.
Двигатель с постоянными магнитами — это синхронный двигатель постоянного/переменного тока, в котором статор представляет собой постоянный магнит, а катушкой является только ротор. Статор обычного двигателя представляет собой катушку (электромагнит).
Природа магнитного поля.
После того, как двигатель с постоянными магнитами изготовлен, он может поддерживать свое магнитное поле без внешней энергии; традиционным двигателям необходим электрический ток, чтобы иметь магнитное поле.
Применимые случаи.
Традиционные двигатели должны приводить в действие редукционный механизм для достижения высокого крутящего момента, в то время как двигатели с редкоземельными постоянными магнитами могут заменить редукционный механизм для достижения прямого привода.
Двигатель с постоянными магнитами имеет небольшую вибрацию и хорошую стабильность работы.
Высокая удельная мощность и эффективность
По сравнению с обычными двигателями двигатели с постоянными магнитами имеют высокую удельную мощность, что в основном означает, что двигатели с постоянными магнитами имеют небольшой размер и большую мощность или мощность.
По сравнению с обычными двигателями экономия энергии может достигать 20–40%. Конструкция ротора двигателя с постоянными магнитами отличается от конструкции обычного двигателя.
Полюса постоянного магнита установлены на роторе двигателя с постоянными магнитами; катушка возбуждения установлена на роторе обычного двигателя, а магнитное поле необходимо снабдить током.
По сравнению с традиционными двигателями любая точка скорости позволяет экономить электроэнергию, особенно на низких скоростях.
Небольшой размер, легкий вес, низкий подъем температуры
Двигатель с постоянными магнитами имеет простую конструкцию.
Благодаря использованию высокопроизводительных постоянных магнитов для создания магнитного поля магнитное поле воздушного зазора двигателя с постоянными магнитами значительно увеличивается по сравнению с обычными двигателями, а объем и вес двигателей с постоянными магнитами значительно уменьшаются по сравнению с обычными двигателями. .
Размеры и формы также являются гибкими. Неэлектрическое возбуждение ротора означает отсутствие потерь и тепловыделения.
Поэтому повышение температуры двигателей с постоянными магнитами обычно очень незначительное.
Низкая частота отказов, широко используется
Благодаря использованию высокоэффективных редкоземельных материалов для постоянных магнитов для создания магнитного поля частота отказов ниже и использование более распространено.
Большой пусковой момент и хорошая производительность.
Поскольку обмотка ротора не работает при нормальной работе двигателя с постоянными магнитами, обмотка ротора может быть спроектирована так, чтобы полностью соответствовать требованиям высокого пускового момента, например, от 1.8 до 2.5 раз или даже больше.
Срок службы двигателя с постоянными магнитами обычно составляет 15-20 лет, и срок службы двигателя в основном зависит от технического обслуживания пользователя.
Кроме того, качество окружающей среды, в которой используется двигатель с постоянными магнитами, а также такие факторы, как электричество, магнетизм, тепло, вибрация и другие факторы, которые двигатель получает во время использования, будут влиять на срок службы синхронного двигателя с постоянными магнитами!
Общие магниты имеют срок службы. При использовании в течение определенного количества лет магнетизм ослабнет, но магнитные свойства материалов постоянных магнитов NdFeB со временем меняются очень мало, а редкоземельные постоянные магниты находятся в пределах расчетного срока службы двигателя (10-20 лет).
Затухание магнитных характеристик составляет менее 3%. При существующей конструкции двигателя и технологии электронного управления это мало влияет на общую производительность двигателя.
Неправильный выбор магнитных марок стали.
Если расчет конструкции двигателя недостаточно точен и неправильно выбран более низкий класс, например, должен быть выбран постоянный магнит с температурой 180 °C, но неправильно выбран 155 °C, может возникнуть такая ситуация: начальное испытание Рекордный показатель испытательного процесса очень хорош. Поскольку двигатель постепенно становится термически стабильным, соответствующие показатели двигателя начинают ухудшаться и все больше отклоняться от проектных ожиданий. В определенный момент ток резко возрастает, инвертор быстро останавливается, и выводится код перегрузки по току. Снова проверьте характеристики двигателя на холостом ходу, указав, что двигатель потерял магнетизм, и магнитную сталь необходимо заменить.
Перегрев, проблема размагничивания
Потеря намагничивания из-за перегрева — деликатная тема, и снижение магнитных свойств магнитов также может привести к проблемам перегрузки по току и перегрева. Если исключить влияние магнитных свойств магнитной стали и учитывать только тепловой фактор, то можно определить, что существуют две ситуации, при которых возникнет явление перегревательного размагничивания: во-первых, циркуляционный вентиляционный тракт в двигателе необоснованный, нарушающий естественный закон холодо- и теплопроводности, приводящий к локализованному накоплению тепла; во-вторых, тепловая нагрузка обмотки слишком высока, и выделение тепла превышает уровень теплообмена в системе теплообмена двигателя.
Проблема чрезмерного тока размагничивания
Когда двигатель работает, когда ток нагрузки превышает способность магнита к размагничиванию, это вызовет необратимое размагничивание магнита, что еще больше увеличит ток нагрузки и усугубит необратимое размагничивание магнита. Это возвратно-поступательное движение ускоряет необратимое размагничивание до момента размагничивания.
Правильный выбор мощности двигателя с постоянными магнитами:
Размагничивание связано с выбором мощности двигателей с постоянными магнитами. Правильный выбор мощности двигателя с постоянными магнитами может предотвратить или задержать размагничивание. Основной причиной размагничивания синхронного двигателя с постоянными магнитами является слишком высокая температура, а основной причиной высокой температуры является перегрузка. Поэтому при выборе мощности двигателя с постоянными магнитами следует оставить определенный запас. В зависимости от фактической ситуации с нагрузкой, как правило, более подходящим является значение около 20%.
Избегайте запуска с большой нагрузкой и частого запуска:
Синхронные двигатели с постоянными магнитами стараются избегать прямого запуска или частого запуска тяжелых нагрузок. Во время процесса запуска пусковой момент колеблется, а на участке спада пускового момента магнитное поле статора размагничивает магнитный полюс ротора. Поэтому старайтесь избегать больших нагрузок и частого запуска синхронного двигателя с постоянными магнитами.
Улучшите дизайн:
(1) Соответствующим образом увеличьте толщину постоянного магнита:
С точки зрения синхронный двигатель с постоянным магнитом При проектировании и изготовлении следует учитывать взаимосвязь между реакцией якоря, электромагнитным моментом и размагничиванием постоянных магнитов.
Под совместным действием магнитного потока, создаваемого током моментной обмотки, и магнитного потока, создаваемого радиальной силовой обмоткой, постоянные магниты на поверхности ротора легко вызывают размагничивание.
При условии, что воздушный зазор двигателя остается неизменным, чтобы гарантировать, что постоянный магнит не размагничивается, наиболее эффективным методом является соответствующее увеличение толщины постоянного магнита.
(2) Внутри ротора имеется вентиляционная канавка для уменьшения повышения температуры ротора:
Если температура ротора слишком высока, постоянный магнит приведет к необратимой потере магнетизма. В конструктивном исполнении внутренний вентиляционный контур ротора может быть рассчитан на непосредственное охлаждение магнитной стали. Не только снижает температуру магнитной стали, но и повышает ее эффективность.
Дни выбора между прибылью и окружающей средой прошли. Эннен является ведущим китайским поставщиком двигателей и генераторов с постоянными магнитами. С Продукция компании Enneng, пользователи обнаруживают, что энергосбережение, низкоуглеродное вождение и выработка электроэнергии обходятся дешевле, чем традиционные практики в их отрасли. Мы надеемся, что в ближайшем будущем энергосберегающие экологически чистые двигатели и генераторы с постоянными магнитами будут более широко использоваться в различных областях.