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 đã 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 rất tuyệt vời và vượt trội hơn động cơ kích thích điện về độ ổn định, chất lượng và giảm tổn thất, đã làm rung chuyển thị trường động cơ truyền thống.

Những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ hiện đại, hiệu suất và công nghệ của vật liệu điện từ, đặc biệt là vật liệu điện từ đất hiếm, đã 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, cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, đặc tính tốt và mật độ công suất cao. Nhiều viện nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp đang tích cực tiến hành nghiên cứu và phát triển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, và các lĩnh vực ứng dụng của chúng sẽ được mở rộng hơn nữa.

1. Cơ sở phát triển của 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 đã trải qua ba giai đoạn: SmCo5, Sm2Co17 và Nd2Fe14B. Hiện nay, vật liệu nam châm vĩnh cửu đại diện là NdFeB đã trở thành loại vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm được sử dụng rộng rãi nhất do tính chất từ ​​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 vành trượt và chổi than của rôto, hiện thực hóa cấu trúc không chổi than và giảm kích thước của rôto. Điều này 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 của nó 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 vector đã giải quyết vấn đề chiến lược lái xe của động cơ AC về nguyên tắc, khiến động cơ AC 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 điểm là hiệu suất mạch mạnh đối với các thay đổi tham số và tốc độ phản 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 và cải thiện tốc độ và độ chính xác điều khiển của động cơ.

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

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

Vào những năm 1970, một loạt các bộ biến tần đa năng đã xuất hiện, có thể chuyển đổi điện năng tần số công nghiệp thành điện năng tần số thay đổi với tần số có thể điều chỉnh liên tục, do đó tạo ra điều kiện để điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi của điện xoay chiều. Các bộ biến tần này có khả năng khởi động mềm sau khi tần số được thiết lập và tần số có thể tăng từ 0 đến tần số đã thiết lập 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 hình phát triển 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 độ từ dư của nam châm vĩnh cửu quá thấp, vì vậy chúng đã sớm được thay thế bằng động cơ kích thích điện.

Vào những năm 1970, vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm đại diện là NdFeB có lực kháng từ lớn, từ dư, khả năng khử từ mạnh và tích năng lượng từ lớn, khiến động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu công suất lớn 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 đang 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. Do sự tiến bộ của xã hội, yêu cầu của mọi người đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã trở nên khắt khe hơn, thúc đẩy động cơ nam châm vĩnh cửu phát triển theo hướng phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn hơn và điều khiển độ chính xác cao hơn. Do sự cải tiến của các 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 và dần dần áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống.

3. Công nghệ hiện tại

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

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

Trong số đó, động cơ nam châm vĩnh cửu tích hợp có những 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 yếu mạnh và tốc độ phản ứng động nhanh, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để truyền động động cơ.

Nam châm vĩnh cửu cung cấp toàn bộ từ trường kích thích của động cơ nam châm vĩnh cửu, và mô men răng cưa sẽ làm tăng độ rung và tiếng ồn của động cơ trong quá trình vận hành. Mô men răng cưa 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. Do đó, khi thiết kế động cơ, mô men răng cưa nên được giảm càng nhiều càng tốt thông qua tối ưu hóa động cơ.

Theo nghiên cứu, các phương pháp chung để giảm mô men răng cưa bao gồm thay đổi hệ số cung cực, giảm chiều rộng khe của stato, khớp khe xiên và khe cực, thay đổi vị trí, kích thước và hình dạng của cực từ, v.v. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khi giảm mô men răng cưa, nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khác của động cơ, chẳng hạn như mô men điện từ có thể giảm theo. Do đó, khi thiết kế, các yếu tố khác nhau nên 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 khó tính toán các thông số, chẳng hạn như thiết kế hệ số thông lượng rò rỉ 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 để phân tích tác động của các thông số động cơ đến hiệu suất.

Phương pháp tính toán phần tử hữu hạn giúp chúng ta tính toán và phân tích trường điện từ của động cơ dễ dàng hơn, nhanh hơn và chính xác hơn. Đây là 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 các phương pháp toán học để rời rạc một số miền nghiệm liên tục thành các nhóm đơn vị, sau đó nội suy trong từng đơn vị. Theo cách này, một hàm nội suy tuyến tính được hình thành, nghĩa là một hàm xấp xỉ 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 to 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. Các đặc điểm cơ bản của nó được phản ánh ở tốc độ thấp, đặc biệt là trong trường hợp khởi động nhanh, tăng tốc tĩnh, v.v., nó có thể tạo ra mô-men xoắn lớn; và khi lái ở tốc độ cao, nó có thể đạt được điều khiển 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 từ Bảng 1, động cơ nam châm vĩnh cửu có độ tin cậy tốt, phạm vi tốc độ rộng và hiệu suất cao. Nếu kết hợp với phương pháp điều khiển tương ứng, toàn bộ hệ thống động cơ có thể đạt được hiệu suất tốt nhất. Do đó, cần phải lựa chọn thuật toán điều khiển phù hợp để đạt được điều chỉnh tốc độ hiệu quả, để hệ thống truyền động động cơ có thể hoạt động trong phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối rộng và phạm vi công suất không đổi.

Phương pháp điều khiển vector 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 suất 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, chiến lược điều khiển vector hiện tại 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 từ điện, vì không có chổi than, bộ góp điện và các thiết bị khác, không cần dòng điện kích từ phản kháng, do đó dòng điện stato và tổn thất điện trở nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn, mô men kích thích lớn hơn và hiệu suất điều khiển tốt hơn. Tuy nhiên, có những nhược điểm như chi phí cao và khó khởi động. Do ứng dụng công nghệ điều khiển trong động cơ, đặc biệt là ứng dụng hệ thống điều khiển vectơ, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể đạt được điều chỉnh tốc độ phạm vi rộng, phản ứng động nhanh và điều khiển vị trí có độ chính xác cao, do đó động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sẽ thu hút nhiều người tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn.

5. Đặc điểm kỹ thuật của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Anhui Mingteng

a. Động cơ có hệ số công suất cao và hệ số chất lượng lưới điện cao. Không cần bộ bù hệ số công suất, có thể tận dụng hết công suất của thiết bị trạm biến áp;

b. Động cơ nam châm vĩnh cửu được kích thích bằng 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 mô men khởi động cao (hơn 3 lần) và khả năng quá tải cao khi cần thiết, do 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 điện 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 khác nhau khoảng 50%, dòng điện hoạt động thực tế thấp hơn động cơ không đồng bộ khoảng 15%;

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

f. 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 điện năng 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 điều kiện khắc nghiệt;

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

Công ty TNHH Thiết bị điện và máy móc từ tính vĩnh cửu Anhui 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 bán 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 do chính mình 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 suất năng lượng của động cơ và đảm bảo cơ bản việc sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu 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 đại diện cho quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến ​​hoặc quan điểm khác, vui lòng chỉnh sửa cho chúng tôi!