У порівнянні з традиційними двигунами з електричним збудженням двигуни з постійними магнітами, особливо рідкоземельні двигуни з постійними магнітами, мають просту структуру та надійну роботу.Невеликий обсяг і легка вага;Низькі втрати і високий ККД;Форма і розмір двигуна можуть бути гнучкими і різноманітними.Таким чином, діапазон застосування надзвичайно широкий, майже в усіх сферах аерокосмічної галузі, національної оборони, промислового та сільськогосподарського виробництва та повсякденного життя.Основні характеристики та застосування кількох типових двигунів з постійними магнітами представлені нижче.
1. У порівнянні з традиційними генераторами синхронні генератори з рідкоземельними постійними магнітами не потребують контактних кілець і щіткових пристроїв, мають просту конструкцію та знижений рівень відмов.Рідкоземельний постійний магніт також може збільшити магнітну щільність повітряного зазору, збільшити швидкість двигуна до оптимального значення та покращити співвідношення потужності до маси.Генератори на рідкоземельних постійних магнітах майже всі використовуються в сучасних авіаційних і аерокосмічних генераторах.Його типовою продукцією є 14-полюсні синхронні генератори на 150 кВА, 12 000 об/хв ~ 21 000 об/хв і 100 кВА, 60 000 об/хв, рідкоземельні кобальтові синхронні генератори з постійним магнітом, виготовлені американською компанією General Electric.Перший рідкоземельний двигун з постійними магнітами, розроблений у Китаї, — це генератор на постійних магнітах потужністю 3 кВт і 20 000 об/хв.
Генератори на постійних магнітах також використовуються як допоміжні збудники для великих турбогенераторів.У 1980-х роках Китай успішно розробив найбільший у світі допоміжний збудник із рідкоземельних постійних магнітів потужністю 40 кВА ~ 160 кВА та оснащений турбогенераторами потужністю 200 МВт ~ 600 МВт, що значно підвищило надійність роботи електростанції.
В даний час поступово популяризуються невеликі генератори з приводом від двигунів внутрішнього згоряння, генератори з постійними магнітами для транспортних засобів і невеликі вітрогенератори з постійним магнітом, які безпосередньо приводяться в рух вітряними колесами.
2. Високоефективний синхронний двигун з постійним магнітом У порівнянні з асинхронним двигуном, синхронний двигун з постійним магнітом не потребує реактивного струму збудження, що може значно покращити коефіцієнт потужності (до 1 або навіть ємнісний), зменшити струм статора та втрати опору статора, і немає втрат міді ротора під час стабільної роботи, таким чином зменшуючи вентилятор (мотор малої потужності може навіть видалити вентилятор) і відповідні втрати на тертя вітру.Порівняно з асинхронним двигуном тієї ж специфікації ефективність може бути збільшена на 2 ~ 8 процентних пунктів.Крім того, синхронний двигун з постійним магнітом може підтримувати високу ефективність і коефіцієнт потужності в діапазоні номінального навантаження 25% ~ 120%, що робить ефект економії енергії більш помітним під час роботи під невеликим навантаженням.Як правило, цей тип двигуна оснащений пусковою обмоткою на роторі, яка має можливість безпосереднього запуску при певній частоті та напрузі.В даний час він в основному використовується в нафтопромислах, текстильній і хімічній промисловості, керамічній і скляній промисловості, вентиляторах і насосах з тривалим річним часом роботи і т.д.
Синхронний двигун з постійним магнітом NdFeB з високою ефективністю та високим пусковим моментом, незалежно розроблений нашою країною, може вирішити проблему «великого візка, запряженого конями», у нафтопромисловому застосуванні.Початковий момент на 50% ~ 100% більший, ніж у асинхронного двигуна, який може замінити асинхронний двигун з більшим базовим числом, а рівень енергозбереження становить близько 20%.
У текстильній промисловості момент інерції навантаження великий, що вимагає великого тягового моменту.Розумна конструкція коефіцієнта витоку холостого ходу, співвідношення полюсів, опору ротора, розміру постійного магніту та обертів обмотки статора синхронного двигуна з постійним магнітом може покращити тягові характеристики двигуна з постійним магнітом і сприяти його застосуванню в нових галузях текстильної та хімічної промисловості.
Вентилятори та насоси, що використовуються на великих електростанціях, шахтах, нафтовій, хімічній та інших галузях промисловості, є великими споживачами енергії, але ефективність і коефіцієнт потужності двигунів, що використовуються в даний час, низькі.Використання постійних магнітів NdFeB не тільки підвищує ефективність і коефіцієнт потужності, економить енергію, але також має безщіточну структуру, що підвищує надійність роботи.На даний момент синхронний двигун із постійним магнітом потужністю 1120 кВт є найпотужнішим у світі асинхронним пусковим високоефективним двигуном з постійним магнітом із рідкоземельних елементів.Його ККД перевищує 96,5% (кКД двигуна за тією самою специфікацією становить 95%), а його коефіцієнт потужності становить 0,94, що може замінити звичайний двигун на 1–2 класи потужності, більші за нього.
3. Серводвигун змінного струму з постійними магнітами та безщітковий двигун постійного струму з постійними магнітами тепер все частіше використовують джерело живлення зі змінною частотою та двигун змінного струму для формування системи керування швидкістю змінного струму замість системи керування швидкістю двигуна постійного струму.У двигунах змінного струму швидкість синхронного двигуна з постійним магнітом зберігає постійне співвідношення з частотою джерела живлення під час стабільної роботи, так що його можна безпосередньо використовувати в системі керування швидкістю зі змінною частотою без контуру.Цей тип двигуна зазвичай запускається шляхом поступового збільшення частоти перетворювача частоти.Не потрібно встановлювати пускову обмотку на ротор, а щітка і комутатор відсутні, тому обслуговування зручно.
Самосинхронний двигун з постійним магнітом складається з синхронного двигуна з постійним магнітом, що живиться від перетворювача частоти, і замкнутої системи керування положенням ротора, яка не тільки має відмінні характеристики регулювання швидкості двигуна постійного струму з електричним збудженням, але також реалізує безщітковий двигун.Він в основному використовується в ситуаціях з високою точністю та надійністю керування, таких як авіація, космонавтика, верстати з ЧПК, обробні центри, роботи, електромобілі, комп’ютерна периферія тощо.
В даний час розроблено синхронний двигун з постійним магнітом NdFeB і систему приводу з широким діапазоном швидкості та коефіцієнтом швидкості потужності Gao Heng із співвідношенням швидкостей 1: 22 500 і граничною швидкістю 9 000 об/хв.Характеристики високої ефективності, невеликої вібрації, низького рівня шуму та високої щільності крутного моменту двигуна з постійними магнітами є найбільш ідеальними двигунами в електромобілях, верстатах та інших приводних пристроях.
З постійним підвищенням рівня життя людей вимоги до побутової техніки стають все вищими.Наприклад, побутовий кондиціонер є не тільки великим споживачем електроенергії, але й основним джерелом шуму.Тенденцією його розвитку є використання безщіткового двигуна постійного струму з постійними магнітами з плавним регулюванням швидкості.Він може автоматично налаштувати відповідну швидкість відповідно до зміни кімнатної температури та працювати протягом тривалого часу, зменшуючи шум і вібрацію, завдяки чому люди почуваються комфортніше та економлять 1/3 електроенергії порівняно з кондиціонером без регулювання швидкості.Інші холодильники, пральні машини, пиловловлювачі, вентилятори тощо поступово переходять на безщіточні двигуни постійного струму.
4. Двигун постійного струму з постійним магнітом Двигун постійного струму використовує постійне магнітне збудження, яке не тільки зберігає хороші характеристики регулювання швидкості та механічні характеристики двигуна постійного струму з електричним збудженням, але також має характеристики простої конструкції та технології, малого об’єму, низького споживання міді, високого ККД тощо, тому що обмотка збудження та втрати збудження опущені.Тому двигуни постійного струму з постійними магнітами широко використовуються від побутових приладів, портативних електронних пристроїв, електричних інструментів до точних систем передачі швидкості та положення, які потребують хороших динамічних характеристик.Серед мікродвигунів постійного струму до 50 Вт на двигуни з постійними магнітами припадає 92%, тоді як двигуни з потужністю менше 10 Вт – понад 99%.
В даний час автомобільна промисловість Китаю швидко розвивається, і автомобільна промисловість є найбільшим споживачем двигунів з постійними магнітами, які є ключовими компонентами автомобілів.У надрозкішному автомобілі є понад 70 двигунів різного призначення, більшість з яких є мікромоторами постійного струму з постійними магнітами низької напруги.Коли постійні магніти NdFeB і планетарні редуктори використовуються в стартерах для автомобілів і мотоциклів, якість стартерів може знизитися вдвічі.
Класифікація двигунів з постійними магнітами
Існує багато видів постійних магнітів.Відповідно до функції двигуна, його можна грубо розділити на дві категорії: генератор із постійними магнітами та двигуни з постійними магнітами.
Двигуни з постійними магнітами можна розділити на двигуни постійного струму з постійними магнітами та двигуни змінного струму з постійними магнітами.Двигун змінного струму з постійним магнітом відноситься до багатофазного синхронного двигуна з ротором з постійним магнітом, тому його часто називають синхронним двигуном з постійним магнітом (PMSM).
Двигуни постійного струму з постійними магнітами можна розділити на безщіточні двигуни постійного струму з постійними магнітами та безщіточні двигуни постійного струму з постійними магнітами (BLDCM), якщо вони класифікуються відповідно до наявності електричних перемикачів або комутаторів.
Зараз у світі активно розвиваються теорія і технологія сучасної силової електроніки.З появою силових електронних пристроїв, таких як MOSFET, IGBT і MCT, пристрої керування зазнали фундаментальних змін.З тих пір, як Ф. Блейке висунув принцип векторного керування двигуном змінного струму в 1971 році, розвиток технології векторного керування започаткував нову еру керування сервоприводами змінного струму, і різні високопродуктивні мікропроцесори постійно витіснялися, що ще більше прискорило розвиток. сервосистеми змінного струму замість сервосистеми постійного струму.Це неминуча тенденція, що сервосистема AC-I замінює сервосистему постійного струму.Однак синхронний двигун з постійними магнітами (PMSM) із синусоїдальною зворотною ЕРС і безщітковий двигун постійного струму (BLIX~) із трапецієподібною зворотною ЕРС, безсумнівно, стануть основними напрямками розробки високопродуктивної сервосистеми змінного струму через їх чудову продуктивність.