W porównaniu z tradycyjnymi silnikami elektrycznymi, silniki z magnesami trwałymi, zwłaszcza silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich, mają prostą konstrukcję i niezawodne działanie.Mała objętość i niewielka waga;Niskie straty i wysoka wydajność;Kształt i rozmiar silnika mogą być elastyczne i różnorodne.Dlatego zakres zastosowań jest niezwykle szeroki, prawie we wszystkich dziedzinach przemysłu lotniczego, obrony narodowej, produkcji przemysłowej i rolnej oraz życia codziennego.Poniżej przedstawiono główne cechy i zastosowania kilku typowych silników z magnesami trwałymi.
1. W porównaniu z tradycyjnymi generatorami, generatory synchroniczne z magnesami trwałymi ziem rzadkich nie wymagają pierścieni ślizgowych i urządzeń szczotkowych, mają prostą konstrukcję i zmniejszoną awaryjność.Magnes trwały ziem rzadkich może również zwiększyć gęstość magnetyczną szczeliny powietrznej, zwiększyć prędkość silnika do optymalnej wartości i poprawić stosunek mocy do masy.Prawie wszystkie generatory z magnesami trwałymi ziem rzadkich są stosowane we współczesnych generatorach lotniczych i kosmicznych.Jej typowymi produktami są 14-biegunowe generatory synchroniczne z magnesami trwałymi i kobaltem ziem rzadkich o mocy 12 000 obr./min ~ 21 000 obr./min i 100 kVA 60 000 obr./min, produkowane przez General Electric Company of America.Pierwszym silnikiem z magnesami trwałymi ziem rzadkich opracowanym w Chinach jest generator z magnesami trwałymi o mocy 3 kW i prędkości 20 000 obr./min.
Generatory z magnesami trwałymi są również stosowane jako wzbudnice pomocnicze w dużych turbogeneratorach.W latach 80. XX wieku w Chinach z sukcesem opracowano największy na świecie wzbudnik pomocniczy z magnesami trwałymi ziem rzadkich o mocy 40 kVA ~ 160 kVA i wyposażony w turbogeneratory o mocy 200 MW ~ 600 MW, co znacznie poprawiło niezawodność pracy elektrowni.
Obecnie stopniowo upowszechniają się małe generatory napędzane silnikami spalinowymi, generatory z magnesami trwałymi do pojazdów oraz małe generatory wiatrowe z magnesami trwałymi napędzane bezpośrednio przez koła wiatrowe.
2. Wysokosprawny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi W porównaniu z silnikiem indukcyjnym, silnik synchroniczny z magnesami trwałymi nie potrzebuje biernego prądu wzbudzenia, co może znacznie poprawić współczynnik mocy (do 1 lub nawet pojemnościowy), zmniejszyć prąd stojana i utratę rezystancji stojana, i nie ma utraty miedzi na wirniku podczas stabilnej pracy, zmniejszając w ten sposób wentylator (silnik o małej mocy może nawet usunąć wentylator) i odpowiednią utratę tarcia wiatru.W porównaniu z silnikiem indukcyjnym o tej samej specyfikacji wydajność można zwiększyć o 2 ~ 8 punktów procentowych.Co więcej, silnik synchroniczny z magnesami trwałymi może utrzymać wysoką sprawność i współczynnik mocy w zakresie obciążenia znamionowego 25% ~ 120%, co sprawia, że ​​efekt oszczędzania energii jest bardziej niezwykły podczas pracy pod niewielkim obciążeniem.Ogólnie rzecz biorąc, ten rodzaj silnika jest wyposażony w uzwojenie rozruchowe na wirniku, które ma możliwość bezpośredniego rozruchu przy określonej częstotliwości i napięciu.Obecnie stosowany jest głównie na polach naftowych, przemyśle włókienniczym i chemicznym, przemyśle ceramicznym i szklarskim, wentylatorach i pompach o długim rocznym czasie pracy itp.
Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi NdFeB o wysokiej wydajności i wysokim momencie rozruchowym opracowany niezależnie w naszym kraju może rozwiązać problem „wielkiego wozu konnego” w zastosowaniach na polach naftowych.Moment rozruchowy jest o 50% ~ 100% większy niż w przypadku silnika indukcyjnego, co może zastąpić silnik indukcyjny większą liczbą podstawową, a współczynnik oszczędzania energii wynosi około 20%.
W przemyśle tekstylnym moment bezwładności obciążenia jest duży, co wymaga dużego momentu trakcyjnego.Rozsądna konstrukcja współczynnika upływu bez obciążenia, współczynnika biegunowości, rezystancji wirnika, rozmiaru magnesu trwałego i zwojów uzwojenia stojana silnika synchronicznego z magnesem trwałym może poprawić wydajność trakcyjną silnika z magnesem trwałym i promować jego zastosowanie w nowych gałęziach przemysłu tekstylnego i włókien chemicznych.
Wentylatory i pompy stosowane w dużych elektrowniach, kopalniach, przemyśle naftowym, chemicznym i innych gałęziach przemysłu zużywają dużo energii, ale wydajność i współczynnik mocy obecnie używanych silników są niskie.Zastosowanie magnesów trwałych NdFeB nie tylko poprawia wydajność i współczynnik mocy, oszczędza energię, ale także posiada bezszczotkową budowę, co poprawia niezawodność pracy.Obecnie silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o mocy 1 120 kW jest najpotężniejszym na świecie asynchronicznym silnikiem o wysokiej sprawności rozruchu z magnesami trwałymi ziem rzadkich.Jego sprawność jest wyższa niż 96,5% (sprawność silnika w tej samej specyfikacji wynosi 95%), a współczynnik mocy wynosi 0,94, co może zastąpić zwykły silnik o 1–2 stopniach mocy większych od niego.
3. Silnik serwo prądu przemiennego z magnesami trwałymi i bezszczotkowy silnik prądu stałego z magnesami trwałymi obecnie coraz częściej wykorzystują zasilacz o zmiennej częstotliwości i silnik prądu przemiennego, tworząc system kontroli prędkości prądu przemiennego zamiast systemu kontroli prędkości silnika prądu stałego.W silnikach prądu przemiennego prędkość silnika synchronicznego z magnesami trwałymi pozostaje w stałym związku z częstotliwością zasilania podczas stabilnej pracy, dzięki czemu można go bezpośrednio wykorzystać w systemie sterowania prędkością o zmiennej częstotliwości w otwartej pętli.Ten rodzaj silnika jest zwykle uruchamiany poprzez stopniowe zwiększanie częstotliwości przetwornicy częstotliwości.Nie ma potrzeby ustawiania uzwojenia początkowego na wirniku, a szczotka i komutator są pominięte, dzięki czemu konserwacja jest wygodna.
Samosynchroniczny silnik z magnesami trwałymi składa się z silnika synchronicznego z magnesami trwałymi zasilanego przez przetwornicę częstotliwości i układu sterowania położeniem wirnika w pętli zamkniętej, który nie tylko zapewnia doskonałą regulację prędkości elektrycznie wzbudzonego silnika prądu stałego, ale także realizuje się bezszczotkowo.Stosowany jest głównie w sytuacjach o wysokiej dokładności i niezawodności sterowania, takich jak lotnictwo, przemysł lotniczy, obrabiarki CNC, centra obróbcze, roboty, pojazdy elektryczne, urządzenia peryferyjne komputerowe itp.
Obecnie opracowano silnik synchroniczny z magnesami trwałymi NdFeB i układ napędowy o szerokim zakresie prędkości obrotowych i stosunku prędkości mocy Gao Heng, przy przełożeniu prędkości 1: 22 500 i prędkości granicznej 9 000 obr/min.Charakterystyka wysokiej wydajności, małych wibracji, niskiego poziomu hałasu i wysokiej gęstości momentu obrotowego silnika z magnesami trwałymi to najbardziej idealne silniki w pojazdach elektrycznych, obrabiarkach i innych urządzeniach napędowych.
Wraz z ciągłym podnoszeniem poziomu życia ludzi wymagania stawiane sprzętom gospodarstwa domowego są coraz wyższe.Na przykład klimatyzator domowy jest nie tylko dużym konsumentem energii, ale także głównym źródłem hałasu.Trendem rozwojowym jest zastosowanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi, z płynną regulacją prędkości.Może automatycznie dostosować się do odpowiedniej prędkości w zależności od zmiany temperatury w pomieszczeniu i działać przez długi czas, redukując hałas i wibracje, zwiększając komfort ludzi i oszczędzając 1/3 energii elektrycznej w porównaniu z klimatyzatorem bez regulacji prędkości.Inne lodówki, pralki, odpylacze, wentylatory itp. stopniowo przechodzą na bezszczotkowe silniki prądu stałego.
4. Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi Silnik prądu stałego wykorzystuje wzbudzenie magnesem trwałym, które nie tylko zachowuje dobrą charakterystykę regulacji prędkości i właściwości mechaniczne silnika prądu stałego wzbudzonego elektrycznie, ale także charakteryzuje się prostą konstrukcją i technologią, małą objętością, niskim zużyciem miedzi, wysokim wydajność itp., ponieważ pominięto uzwojenie wzbudzenia i straty wzbudzenia.Dlatego silniki prądu stałego z magnesami trwałymi są szeroko stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego, przenośnych urządzeniach elektronicznych, narzędziach elektrycznych, a także precyzyjnych systemach transmisji prędkości i położenia, które wymagają dobrych parametrów dynamicznych.Wśród mikrosilników prądu stałego o mocy poniżej 50 W, silniki z magnesami trwałymi stanowią 92%, natomiast silniki o mocy poniżej 10 W stanowią ponad 99%.
Obecnie chiński przemysł samochodowy rozwija się szybko, a przemysł samochodowy jest największym użytkownikiem silników z magnesami trwałymi, które są kluczowymi elementami samochodów.W ultraluksusowym samochodzie znajduje się ponad 70 silników o różnym przeznaczeniu, z których większość to mikrosilniki prądu stałego z magnesami trwałymi niskiego napięcia.Gdy w rozrusznikach samochodów i motocykli stosowane są magnesy trwałe NdFeB i przekładnie planetarne, jakość rozruszników można obniżyć o połowę.
Klasyfikacja silników z magnesami trwałymi
Istnieje wiele rodzajów magnesów trwałych.Zgodnie z funkcją silnika można go z grubsza podzielić na dwie kategorie: generator z magnesami trwałymi i silnik z magnesami trwałymi.
Silniki z magnesami trwałymi można podzielić na silniki prądu stałego z magnesami trwałymi i silniki prądu przemiennego z magnesami trwałymi.Silnik prądu przemiennego z magnesami trwałymi odnosi się do wielofazowego silnika synchronicznego z wirnikiem z magnesem trwałym, dlatego często nazywany jest silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSM).
Silniki prądu stałego z magnesami trwałymi można podzielić na bezszczotkowe silniki prądu stałego z magnesami trwałymi i bezszczotkowe silniki prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM), jeśli są one sklasyfikowane według tego, czy występują przełączniki elektryczne czy komutatory.
Obecnie teoria i technologia współczesnej energoelektroniki na świecie bardzo się rozwija.Wraz z pojawieniem się urządzeń energoelektronicznych, takich jak MOSFET, IGBT i MCT, urządzenia sterujące uległy zasadniczym zmianom.Odkąd w 1971 roku F. Blaceke zaproponował zasadę wektorowego sterowania silnikiem prądu przemiennego, rozwój technologii sterowania wektorowego zapoczątkował nową erę sterowania serwonapędami prądu przemiennego, a różne mikroprocesory o wysokiej wydajności były stale wypychane na rynek, co jeszcze bardziej przyspieszało rozwój systemu serwo AC zamiast systemu serwo DC.Nieuniknionym trendem jest zastąpienie serwomechanizmu AC-I systemem serwo DC.Jednakże silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) z sinusoidalnym tylnym emf i bezszczotkowy silnik prądu stałego (BLIX~) z trapezowym tylnym emf z pewnością staną się głównym nurtem rozwoju wysokowydajnych serwomechanizmów AC ze względu na ich doskonałą wydajność.