По сравнению с традиционными двигателями с электрическим возбуждением двигатели с постоянными магнитами, особенно двигатели с редкоземельными постоянными магнитами, имеют простую конструкцию и надежную работу.Небольшой объем и легкий вес;Низкие потери и высокая эффективность;Форма и размер двигателя могут быть гибкими и разнообразными.Таким образом, диапазон применения чрезвычайно широк, почти во всех областях аэрокосмической отрасли, национальной обороны, промышленного и сельскохозяйственного производства, а также повседневной жизни.Ниже представлены основные характеристики и области применения нескольких типичных двигателей с постоянными магнитами.
1. По сравнению с традиционными генераторами, синхронные генераторы с редкоземельными постоянными магнитами не требуют контактных колец и щеточных устройств, имеют простую конструкцию и сниженную частоту отказов.Редкоземельный постоянный магнит также может увеличить магнитную плотность воздушного зазора, увеличить скорость двигателя до оптимального значения и улучшить соотношение мощности к массе.Генераторы с редкоземельными постоянными магнитами почти все используются в современных авиационных и аэрокосмических генераторах.Типичная продукция: 14-полюсные синхронные генераторы с редкоземельными и кобальтовыми постоянными магнитами мощностью 150 кВА, 12 000 об/мин ~ 21 000 об/мин и 100 кВА, 60 000 об/мин, производства General Electric Company of America.Первый двигатель с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, разработанный в Китае, представляет собой генератор с постоянными магнитами мощностью 3 кВт и частотой 20 000 об/мин.
Генераторы с постоянными магнитами также используются в качестве вспомогательных возбудителей для больших турбогенераторов.В 1980-х годах Китай успешно разработал крупнейший в мире вспомогательный возбудитель с редкоземельными постоянными магнитами мощностью 40–160 кВА, оснащенный турбогенераторами мощностью 200–600 МВт, что значительно повысило надежность работы электростанции.
В настоящее время постепенно популяризируются небольшие генераторы с приводом от двигателей внутреннего сгорания, генераторы с постоянными магнитами для транспортных средств и небольшие ветрогенераторы с постоянными магнитами, непосредственно приводимые в движение ветряными колесами.
2. Высокоэффективный синхронный двигатель с постоянными магнитами. По сравнению с асинхронным двигателем, синхронный двигатель с постоянными магнитами не требует реактивного тока возбуждения, что может значительно улучшить коэффициент мощности (до 1 или даже емкостного), уменьшить ток статора и потери сопротивления статора, Во время стабильной работы потери меди в роторе отсутствуют, что позволяет уменьшить вентилятор (двигатель небольшой мощности может даже удалить вентилятор) и соответствующие потери на трение ветра.По сравнению с асинхронным двигателем той же спецификации эффективность может быть увеличена на 2–8 процентных пунктов.Кроме того, синхронный двигатель с постоянными магнитами может поддерживать высокий КПД и коэффициент мощности в диапазоне номинальной нагрузки 25–120 %, что делает эффект энергосбережения более заметным при работе с небольшой нагрузкой.Обычно этот тип двигателя оснащен пусковой обмоткой на роторе, которая имеет возможность запускаться непосредственно при определенной частоте и напряжении.В настоящее время он в основном используется на нефтяных месторождениях, в текстильной и химической промышленности, в керамической и стекольной промышленности, в вентиляторах и насосах с длительным годовым сроком эксплуатации и т. д.
Синхронный двигатель с постоянными магнитами NdFeB с высоким КПД и высоким пусковым моментом, независимо разработанный в нашей стране, может решить проблему «большой гужевой повозки» на нефтяных месторождениях.Пусковой момент на 50–100 % больше, чем у асинхронного двигателя, который может заменить асинхронный двигатель с большим базовым числом, а уровень экономии энергии составляет около 20 %.
В текстильной промышленности момент инерции нагрузки велик, что требует высокого тягового момента.Разумный расчет коэффициента утечки на холостом ходу, соотношения явных полюсов, сопротивления ротора, размера постоянного магнита и витков обмотки статора синхронного двигателя с постоянными магнитами может улучшить тяговые характеристики двигателя с постоянными магнитами и способствовать его применению в новых отраслях промышленности по производству текстиля и химических волокон.
Вентиляторы и насосы, используемые на крупных электростанциях, в шахтах, нефтяной, химической и других отраслях промышленности, являются крупными потребителями энергии, однако КПД и коэффициент мощности используемых в настоящее время двигателей низки.Использование постоянных магнитов NdFeB не только повышает КПД и коэффициент мощности, экономит энергию, но также имеет бесщеточную конструкцию, что повышает надежность работы.В настоящее время синхронный двигатель с постоянными магнитами мощностью 1 120 кВт является самым мощным в мире асинхронным пусковым высокоэффективным двигателем с постоянными магнитами из редкоземельных металлов.Его эффективность выше 96,5% (КПД двигателя той же спецификации составляет 95%), а его коэффициент мощности составляет 0,94, что может заменить обычный двигатель с мощностью на 1 ~ 2 класса больше, чем у него.
3. Серводвигатель переменного тока с постоянными магнитами и бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами теперь все чаще используют источник питания переменной частоты и двигатель переменного тока для формирования системы управления скоростью переменного тока вместо системы управления скоростью двигателя постоянного тока.В двигателях переменного тока скорость синхронного двигателя с постоянными магнитами сохраняет постоянную связь с частотой источника питания во время стабильной работы, поэтому его можно напрямую использовать в системе управления скоростью с переменной частотой и разомкнутым контуром.Этот тип двигателя обычно запускается путем постепенного увеличения частоты преобразователя частоты.Нет необходимости устанавливать пусковую обмотку на ротор, а щетка и коллектор отсутствуют, поэтому обслуживание удобно.
Самосинхронный двигатель с постоянными магнитами состоит из синхронного двигателя с постоянными магнитами, питаемого от преобразователя частоты, и системы управления положением ротора с замкнутым контуром, которая не только обеспечивает превосходные характеристики регулирования скорости двигателя постоянного тока с электрическим возбуждением, но также работает безщеточно.Он в основном используется в случаях с высокой точностью и надежностью управления, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность, станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, роботы, электромобили, компьютерная периферия и т. д.
В настоящее время разработаны синхронный двигатель и система привода с постоянными магнитами NdFeB с широким диапазоном скоростей и передаточным числом мощности Гао Хэн, с передаточным числом 1: 22 500 и предельной скоростью 9 000 об/мин.Характеристики: высокая эффективность, небольшая вибрация, низкий уровень шума и высокая плотность крутящего момента двигателя с постоянными магнитами являются наиболее идеальными двигателями для электромобилей, станков и других приводных устройств.
С постоянным улучшением уровня жизни людей требования к бытовой технике становятся все выше и выше.Например, бытовой кондиционер является не только большим потребителем электроэнергии, но и основным источником шума.Тенденция развития заключается в использовании бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами и бесступенчатой ​​регулировкой скорости.Он может автоматически настраивать подходящую скорость в зависимости от изменения температуры в помещении и работать в течение длительного времени, снижая шум и вибрацию, позволяя людям чувствовать себя более комфортно и экономя 1/3 электроэнергии по сравнению с кондиционером без регулирования скорости.Другие холодильники, стиральные машины, пылесборники, вентиляторы и т. д. постепенно переходят на бесщеточные двигатели постоянного тока.
4. Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом Двигатель постоянного тока использует возбуждение с постоянным магнитом, который не только сохраняет хорошие характеристики регулирования скорости и механические характеристики двигателя постоянного тока с электрическим возбуждением, но также имеет характеристики простой конструкции и технологии, небольшого объема, низкого потребления меди, высокого эффективность и т. д., поскольку обмотка возбуждения и потери возбуждения опущены.Таким образом, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами широко используются в бытовой технике, портативных электронных устройствах, электрических инструментах и ​​в прецизионных системах передачи скорости и положения, требующих хороших динамических характеристик.Среди микродвигателей постоянного тока мощностью менее 50 Вт доля двигателей с постоянными магнитами составляет 92%, а на долю двигателей мощностью менее 10 Вт приходится более 99%.
В настоящее время автомобильная промышленность Китая быстро развивается, и автомобильная промышленность является крупнейшим пользователем двигателей с постоянными магнитами, которые являются ключевыми компонентами автомобилей.В автомобиле ультра-люкс установлено более 70 двигателей различного назначения, большинство из которых представляют собой низковольтные микродвигатели постоянного тока с постоянными магнитами.При использовании в стартерах автомобилей и мотоциклов постоянных магнитов и планетарных передач NdFeB качество стартерных двигателей может снизиться вдвое.
Классификация двигателей с постоянными магнитами
Существует много видов постоянных магнитов.В зависимости от функции двигателя его можно условно разделить на две категории: генератор с постоянными магнитами и двигатель с постоянными магнитами.
Двигатели с постоянными магнитами можно разделить на двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и двигатели переменного тока с постоянными магнитами.Двигатель переменного тока с постоянными магнитами относится к многофазному синхронному двигателю с ротором с постоянными магнитами, поэтому его часто называют синхронным двигателем с постоянными магнитами (PMSM).
Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами можно разделить на бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (BLDCM), если они классифицируются в зависимости от наличия электрических переключателей или коммутаторов.
В настоящее время в мире бурно развивается теория и технология современной силовой электроники.С появлением силовых электронных устройств, таких как MOSFET, IGBT и MCT, устройства управления претерпели фундаментальные изменения.С тех пор как Ф. Блакеке выдвинул принцип векторного управления двигателем переменного тока в 1971 году, развитие технологии векторного управления положило начало новой эре управления сервоприводами переменного тока, и различные высокопроизводительные микропроцессоры постоянно вытеснялись, что еще больше ускоряло развитие. сервосистемы переменного тока вместо сервосистемы постоянного тока.Это неизбежная тенденция: сервосистема AC-I заменяет сервосистему постоянного тока.Тем не менее, синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) с синусоидальной противо-ЭДС и бесщеточный двигатель постоянного тока (BLIX~) с трапецеидальной противо-ЭДС, несомненно, станут основным направлением разработки высокопроизводительных сервосистем переменного тока из-за их превосходных характеристик.