Với sự phát triển của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm vào những năm 1970, động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm ra đời. Động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm vĩnh cửu đất hiếm để kích thích và nam châm vĩnh cửu có thể tạo ra từ trường vĩnh cửu sau khi từ hóa. Hiệu suất kích thích của nó là tuyệt vời và vượt trội so với động cơ kích thích điện về độ ổn định, chất lượng và giảm tổn thất, điều này đã làm rung chuyển thị trường động cơ truyền thống.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ hiện đại, hiệu suất và công nghệ của vật liệu điện từ, đặc biệt là vật liệu điện từ đất hiếm, dần được cải thiện. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của điện tử công suất, công nghệ truyền tải điện và công nghệ điều khiển tự động, hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ngày càng tốt hơn.

Hơn nữa, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, đặc tính tốt và mật độ công suất cao. Nhiều tổ chức nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp đang tích cực thực hiện nghiên cứu và phát triển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, và phạm vi ứng dụng của chúng sẽ được mở rộng hơn nữa.

1.Cơ sở phát triển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

a.Ứng dụng vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm hiệu suất cao

Vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm trải qua ba giai đoạn: SmCo5, Sm2Co17 và Nd2Fe14B. Hiện nay, vật liệu nam châm vĩnh cửu được đại diện bởi NdFeB đã trở thành loại vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm được sử dụng rộng rãi nhất do tính chất từ ​​tính tuyệt vời của chúng. Sự phát triển của vật liệu nam châm vĩnh cửu đã thúc đẩy sự phát triển của động cơ nam châm vĩnh cửu.

So với động cơ cảm ứng ba pha truyền thống có kích thích điện, nam châm vĩnh cửu thay thế cực kích thích điện, đơn giản hóa cấu trúc, loại bỏ vòng trượt và chổi than của rôto, hiện thực hóa cấu trúc không chổi than và giảm kích thước của rôto. Điều này giúp cải thiện mật độ công suất, mật độ mô-men xoắn và hiệu suất làm việc của động cơ, đồng thời làm cho động cơ nhỏ hơn và nhẹ hơn, mở rộng hơn nữa lĩnh vực ứng dụng và thúc đẩy sự phát triển của động cơ điện theo hướng công suất cao hơn.

b.Ứng dụng lý thuyết điều khiển mới

Trong những năm gần đây, các thuật toán điều khiển đã phát triển nhanh chóng. Trong số đó, các thuật toán điều khiển véc tơ về nguyên tắc đã giải quyết được bài toán chiến lược dẫn động của động cơ xoay chiều, giúp động cơ xoay chiều có hiệu suất điều khiển tốt. Sự xuất hiện của điều khiển mô-men xoắn trực tiếp làm cho cấu trúc điều khiển đơn giản hơn và có đặc tính hiệu suất mạch mạnh để thay đổi tham số và tốc độ đáp ứng động mô-men xoắn nhanh. Công nghệ điều khiển mô-men xoắn gián tiếp giải quyết vấn đề xung mô-men xoắn lớn của mô-men xoắn trực tiếp ở tốc độ thấp, đồng thời cải thiện tốc độ và độ chính xác điều khiển của động cơ.

c.Ứng dụng các thiết bị và bộ xử lý điện tử công suất hiệu suất cao

Công nghệ điện tử công suất hiện đại là cầu nối quan trọng giữa công nghiệp thông tin và các ngành công nghiệp truyền thống, là cầu nối giữa dòng điện yếu và dòng điện mạnh được điều khiển. Sự phát triển của công nghệ điện tử công suất cho phép hiện thực hóa các chiến lược điều khiển truyền động.

Vào những năm 1970, hàng loạt bộ biến tần đa năng xuất hiện, có thể chuyển đổi nguồn điện tần số công nghiệp thành nguồn điện có tần số thay đổi với tần số có thể điều chỉnh liên tục, tạo điều kiện cho việc điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi của nguồn điện xoay chiều. Các bộ biến tần này có khả năng khởi động mềm sau khi đặt tần số và tần số có thể tăng từ 0 đến tần số đặt ở một tốc độ nhất định và tốc độ tăng có thể được điều chỉnh liên tục trong phạm vi rộng, giải quyết vấn đề khởi động của động cơ đồng bộ.

2.Tình trạng phát triển của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong và ngoài nước

Động cơ đầu tiên trong lịch sử là động cơ nam châm vĩnh cửu. Vào thời điểm đó, hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu tương đối kém, lực cưỡng bức và dư lượng của nam châm vĩnh cửu quá thấp nên chúng sớm được thay thế bằng động cơ kích thích điện.

Vào những năm 1970, vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm do NdFeB đại diện có lực cưỡng bức, độ dư, khả năng khử từ mạnh và sản phẩm năng lượng từ trường lớn, khiến động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu công suất cao xuất hiện trên sân khấu lịch sử. Hiện nay, nghiên cứu về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ngày càng hoàn thiện và phát triển theo hướng tốc độ cao, mô-men xoắn cao, công suất cao và hiệu suất cao.

Trong những năm gần đây, với sự đầu tư mạnh mẽ của các học giả trong nước và chính phủ, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã phát triển nhanh chóng. Với sự phát triển của công nghệ máy vi tính và công nghệ điều khiển tự động, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do sự tiến bộ của xã hội, yêu cầu của con người đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ngày càng nghiêm ngặt hơn, khiến động cơ nam châm vĩnh cửu phát triển theo hướng phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn hơn và kiểm soát độ chính xác cao hơn. Do sự cải tiến của quy trình sản xuất hiện tại, vật liệu nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao đã được phát triển hơn nữa. Điều này làm giảm đáng kể chi phí của nó và dần dần áp dụng nó vào các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống.

3. Công nghệ hiện tại

Một. Công nghệ thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

So với động cơ kích thích điện thông thường, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không có cuộn dây kích thích điện, vòng thu và tủ kích thích, giúp cải thiện đáng kể không chỉ độ ổn định, độ tin cậy mà còn cả hiệu quả.

Trong số đó, động cơ nam châm vĩnh cửu tích hợp có ưu điểm là hiệu suất cao, hệ số công suất cao, mật độ công suất đơn vị cao, khả năng mở rộng tốc độ từ trường yếu và tốc độ phản ứng động nhanh, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho động cơ truyền động.

Nam châm vĩnh cửu cung cấp toàn bộ từ trường kích thích cho động cơ nam châm vĩnh cửu, đồng thời mô-men xoắn bánh răng sẽ làm tăng độ rung và tiếng ồn của động cơ trong quá trình hoạt động. Mô-men xoắn quá mức sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tốc độ thấp của hệ thống điều khiển tốc độ động cơ và định vị chính xác cao của hệ thống điều khiển vị trí. Vì vậy, khi thiết kế động cơ, mô-men xoắn bánh răng phải giảm càng nhiều càng tốt thông qua việc tối ưu hóa động cơ.

Theo nghiên cứu, các phương pháp chung để giảm mômen xoắn bao gồm thay đổi hệ số hồ quang cực, giảm độ rộng rãnh của stato, khớp rãnh nghiêng và khe cực, thay đổi vị trí, kích thước và hình dạng của cực từ, v.v. , cần lưu ý rằng khi giảm mô-men xoắn có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khác của động cơ, chẳng hạn như mô-men điện từ có thể giảm tương ứng. Vì vậy, khi thiết kế, các yếu tố khác nhau cần được cân bằng càng nhiều càng tốt để đạt được hiệu suất động cơ tốt nhất.

b.Công nghệ mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Sự hiện diện của nam châm vĩnh cửu trong động cơ nam châm vĩnh cửu khiến các nhà thiết kế gặp khó khăn trong việc tính toán các thông số, chẳng hạn như thiết kế hệ số từ thông rò rỉ khi không tải và hệ số hồ quang cực. Nói chung, phần mềm phân tích phần tử hữu hạn được sử dụng để tính toán và tối ưu hóa các thông số của động cơ nam châm vĩnh cửu. Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn có thể tính toán các thông số động cơ rất chính xác và rất đáng tin cậy khi sử dụng nó để phân tích tác động của các thông số động cơ đến hiệu suất.

Phương pháp tính phần tử hữu hạn giúp chúng ta tính toán, phân tích trường điện từ của động cơ dễ dàng hơn, nhanh hơn và chính xác hơn. Đây là một phương pháp số được phát triển trên cơ sở phương pháp sai phân và đã được sử dụng rộng rãi trong khoa học và kỹ thuật. Sử dụng phương pháp toán học để rời rạc hóa một số miền nghiệm liên tục thành các nhóm đơn vị rồi nội suy theo từng đơn vị. Bằng cách này, một hàm nội suy tuyến tính được hình thành, tức là một hàm gần đúng được mô phỏng và phân tích bằng các phần tử hữu hạn, cho phép chúng ta quan sát trực quan hướng của các đường sức từ và sự phân bố mật độ từ thông bên trong động cơ.

c.Công nghệ điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Cải thiện hiệu suất của hệ thống truyền động động cơ cũng có ý nghĩa lớn đối với sự phát triển của lĩnh vực điều khiển công nghiệp. Nó cho phép hệ thống được điều khiển ở hiệu suất tốt nhất. Đặc điểm cơ bản của nó được thể hiện ở tốc độ thấp, đặc biệt trong trường hợp khởi động nhanh, tăng tốc tĩnh, v.v., nó có thể tạo ra mô-men xoắn lớn; và khi lái xe ở tốc độ cao, nó có thể đạt được khả năng kiểm soát tốc độ công suất không đổi trong phạm vi rộng. Bảng 1 so sánh hiệu suất của một số động cơ chính.

Như có thể thấy trong Bảng 1, động cơ nam châm vĩnh cửu có độ tin cậy tốt, dải tốc độ rộng và hiệu suất cao. Nếu kết hợp với phương pháp điều khiển tương ứng thì toàn bộ hệ thống động cơ có thể đạt được hiệu suất tốt nhất. Vì vậy, cần phải lựa chọn thuật toán điều khiển phù hợp để đạt được khả năng điều chỉnh tốc độ hiệu quả, để hệ thống truyền động động cơ có thể hoạt động trong vùng điều chỉnh tốc độ tương đối rộng và dải công suất không đổi.

Phương pháp điều khiển véc tơ được sử dụng rộng rãi trong thuật toán điều khiển tốc độ động cơ nam châm vĩnh cửu. Nó có ưu điểm là phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, hiệu quả cao, độ tin cậy cao, độ ổn định tốt và lợi ích kinh tế tốt. Nó được sử dụng rộng rãi trong truyền động động cơ, vận tải đường sắt và servo máy công cụ. Do mục đích sử dụng khác nhau nên chiến lược kiểm soát véc tơ hiện nay được áp dụng cũng khác nhau.

4.Đặc điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc đơn giản, tổn thất thấp và hệ số công suất cao. So với động cơ kích thích điện, do không có chổi than, cổ góp và các thiết bị khác nên không cần dòng điện kích thích phản kháng nên dòng điện và tổn hao điện trở trên stato nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn, mômen kích thích lớn hơn và hiệu suất điều khiển là tốt hơn. Tuy nhiên, có những nhược điểm như chi phí cao và khó bắt đầu. Do ứng dụng công nghệ điều khiển trong động cơ, đặc biệt là ứng dụng hệ thống điều khiển véc tơ, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể đạt được tốc độ điều chỉnh trong phạm vi rộng, phản ứng động nhanh và điều khiển định vị có độ chính xác cao nên động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sẽ thu hút nhiều người tiến hành hơn. nghiên cứu sâu rộng.

5. Đặc tính kỹ thuật của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu An Huy Mingteng

Một. Động cơ có hệ số công suất cao và hệ số chất lượng cao của lưới điện. Không cần thiết bị bù hệ số công suất và có thể tận dụng tối đa công suất của thiết bị trạm biến áp;

b. Động cơ nam châm vĩnh cửu được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu và hoạt động đồng bộ. Không có xung tốc độ và điện trở đường ống không tăng khi điều khiển quạt và máy bơm;

c. Động cơ nam châm vĩnh cửu có thể được thiết kế với mômen khởi động cao (gấp 3 lần) và khả năng chịu quá tải cao khi cần thiết, nhờ đó giải quyết được hiện tượng “ngựa lớn kéo xe nhỏ”;

d. Dòng điện phản kháng của động cơ không đồng bộ thông thường thường bằng khoảng 0,5-0,7 lần dòng định mức. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Mingteng không cần dòng điện kích thích. Dòng điện phản kháng của động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ không đồng bộ chênh lệch khoảng 50% và dòng điện hoạt động thực tế thấp hơn khoảng 15% so với động cơ không đồng bộ;

đ. Động cơ có thể được thiết kế để khởi động trực tiếp và kích thước lắp đặt bên ngoài giống như kích thước của động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi hiện nay, có thể thay thế hoàn toàn động cơ không đồng bộ;

f. Việc thêm trình điều khiển có thể đạt được khởi động mềm, dừng mềm và điều chỉnh tốc độ vô cấp, với phản ứng động tốt và hiệu quả tiết kiệm năng lượng được cải thiện hơn nữa;

g. Động cơ có nhiều cấu trúc tôpô, đáp ứng trực tiếp các yêu cầu cơ bản của thiết bị cơ khí trong phạm vi rộng và trong các điều kiện khắc nghiệt;

h. Để nâng cao hiệu suất hệ thống, rút ​​ngắn chuỗi truyền động và giảm chi phí bảo trì, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu truyền động trực tiếp tốc độ cao và tốc độ thấp có thể được thiết kế và sản xuất để đáp ứng yêu cầu cao hơn của người dùng.

Công ty TNHH Máy móc & Thiết bị điện từ tính vĩnh viễn An Huy Mingteng (https://www.mingtengmotor.com/) được thành lập vào năm 2007. Đây là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên nghiên cứu và phát triển, sản xuất và kinh doanh động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cực cao. Công ty sử dụng lý thuyết thiết kế động cơ hiện đại, phần mềm thiết kế chuyên nghiệp và chương trình thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu tự phát triển để mô phỏng trường điện từ, trường chất lỏng, trường nhiệt độ, trường ứng suất, v.v. của động cơ nam châm vĩnh cửu, tối ưu hóa cấu trúc mạch từ, cải thiện mức hiệu quả năng lượng của động cơ và về cơ bản đảm bảo việc sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu một cách đáng tin cậy.

Bản quyền: Bài viết này là bản in lại của số công khai WeChat “Motor Alliance”, liên kết gốchttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Bài viết này không thể hiện quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến ​​​​hoặc quan điểm khác nhau, xin vui lòng sửa chúng tôi!