V primerjavi s tradicionalnimi motorji z električnim vzbujanjem imajo motorji s trajnimi magneti, zlasti motorji s trajnimi magneti redkih zemelj, preprosto zgradbo in zanesljivo delovanje.Majhna prostornina in majhna teža;Nizke izgube in visoka učinkovitost;Oblika in velikost motorja sta lahko prilagodljivi in ​​raznoliki.Zato je obseg uporabe izjemno širok, skoraj na vseh področjih letalstva, nacionalne obrambe, industrijske in kmetijske proizvodnje ter vsakdanjega življenja.Spodaj so predstavljene glavne značilnosti in aplikacije več tipičnih motorjev s trajnimi magneti.
1. V primerjavi s tradicionalnimi generatorji sinhroni generatorji s trajnimi magneti redkih zemelj ne potrebujejo drsnih obročev in krtačnih naprav, imajo preprosto strukturo in zmanjšano stopnjo napak.Trajni magnet redke zemlje lahko tudi poveča magnetno gostoto zračne reže, poveča hitrost motorja na optimalno vrednost in izboljša razmerje med močjo in maso.Generatorji s trajnimi magneti redkih zemelj se skoraj vsi uporabljajo v sodobnih letalskih in vesoljskih generatorjih.Njegovi tipični izdelki so 150 kVA 14-polni 12 000 vrt/min ~ 21 000 vrt/min in 100 kVA 60 000 vrt/min sinhronski generatorji s trajnim magnetom na redkih zemeljskih kobaltih, ki jih proizvaja General Electric Company iz Amerike.Prvi motor s trajnimi magneti iz redkih zemelj, razvit na Kitajskem, je generator s trajnimi magneti s 3 kW in 20 000 vrt/min.
Generatorji s trajnimi magneti se uporabljajo tudi kot pomožni vzbujevalniki za velike turbogeneratorje.V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je Kitajska uspešno razvila največji pomožni vzbujevalnik redkih zemelj s trajnimi magneti na svetu z zmogljivostjo 40 kVA ~ 160 kVA in opremljen s turbogeneratorji z močjo 200 MW ~ 600 MW, kar je močno izboljšalo zanesljivost delovanja elektrarne.
Trenutno se postopoma popularizirajo majhni generatorji, ki jih poganjajo motorji z notranjim zgorevanjem, generatorji s trajnimi magneti za vozila in majhni vetrni generatorji s trajnimi magneti, ki jih neposredno poganjajo vetrna kolesa.
2. Visoko učinkovit sinhronski motor s trajnim magnetom V primerjavi z indukcijskim motorjem sinhroni motor s trajnim magnetom ne potrebuje reaktivnega vzbujalnega toka, kar lahko bistveno izboljša faktor moči (do 1 ali celo kapacitivnega), zmanjša statorski tok in izgubo upora statorja, med stabilnim delovanjem ni izgube bakra v rotorju, kar zmanjša ventilator (motor z majhno prostornino lahko celo odstrani ventilator) in ustrezno izgubo zaradi trenja vetra.V primerjavi z indukcijskim motorjem iste specifikacije se lahko učinkovitost poveča za 2 ~ 8 odstotnih točk.Poleg tega lahko sinhroni motor s trajnim magnetom ohranja visoko učinkovitost in faktor moči v območju nazivne obremenitve 25 % ~ 120 %, zaradi česar je učinek varčevanja z energijo bolj izjemen pri delovanju pod majhno obremenitvijo.Na splošno je ta vrsta motorja opremljena z zagonskim navitjem na rotorju, ki ima možnost neposrednega zagona pri določeni frekvenci in napetosti.Trenutno se uporablja predvsem v naftnih poljih, industriji tekstila in kemičnih vlaken, keramični in steklarski industriji, ventilatorjih in črpalkah z dolgim ​​letnim časom delovanja itd.
Sinhroni motor s trajnim magnetom NdFeB z visokim izkoristkom in visokim začetnim navorom, ki ga je neodvisno razvila naša država, lahko reši problem "velikega voza s konjsko vprego" pri uporabi na naftnih poljih.Začetni navor je za 50 % ~ 100 % večji kot pri indukcijskem motorju, ki lahko nadomesti indukcijski motor z večjim osnovnim številom, stopnja prihranka energije pa je približno 20 %.
V tekstilni industriji je vztrajnostni moment obremenitve velik, kar zahteva velik vlečni moment.Razumna zasnova koeficienta uhajanja brez obremenitve, razmerja izstopajočih polov, upora rotorja, velikosti trajnega magneta in obratov statorskega navitja sinhronskega motorja s trajnim magnetom lahko izboljša vlečno zmogljivost motorja s trajnim magnetom in spodbuja njegovo uporabo v novi industriji tekstila in kemičnih vlaken.
Ventilatorji in črpalke, ki se uporabljajo v velikih elektrarnah, rudnikih, naftni, kemični in drugih industrijah, so veliki porabniki energije, vendar sta učinkovitost in faktor moči trenutno uporabljenih motorjev nizka.Uporaba trajnih magnetov NdFeB ne le izboljša učinkovitost in faktor moči, prihrani energijo, ampak ima tudi brezkrtačno strukturo, kar izboljša zanesljivost delovanja.Trenutno je 1 120kW sinhronski motor s trajnimi magneti najmočnejši asinhroni zagonski visokoučinkoviti motor s trajnimi magneti redkih zemelj na svetu.Njegov izkoristek je višji od 96,5 % (izkoristek motorja iste specifikacije je 95 %), njegov faktor moči pa je 0,94, kar lahko nadomesti običajni motor z 1 ~ 2 razredoma moči, ki je večji od njega.
3. AC servo motor s trajnim magnetom in brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom zdaj vedno bolj uporabljata napajalnik s spremenljivo frekvenco in izmenični motor za oblikovanje sistema za nadzor hitrosti izmeničnega toka namesto sistema za nadzor hitrosti motorja z enosmernim tokom.Pri motorjih na izmenični tok ohranja hitrost sinhronega motorja s trajnimi magneti stalno razmerje s frekvenco napajanja med stabilnim delovanjem, tako da se lahko neposredno uporablja v sistemu za krmiljenje hitrosti s spremenljivo frekvenco odprte zanke.Ta vrsta motorja se običajno zažene s postopnim povečevanjem frekvence frekvenčnega pretvornika.Začetnega navitja ni potrebno nastavljati na rotorju, krtača in komutator pa sta izpuščena, zato je vzdrževanje priročno.
Samosinhroni motor s trajnimi magneti je sestavljen iz sinhronega motorja s trajnimi magneti, ki ga napaja frekvenčni pretvornik in zaprtozančnega krmilnega sistema položaja rotorja, ki nima le odlične regulacije hitrosti električno vzbujenega enosmernega motorja, ampak tudi brezkrtačni.Uporablja se predvsem v primerih z visoko natančnostjo in zanesljivostjo krmiljenja, kot so letalstvo, vesoljska industrija, CNC obdelovalni stroji, obdelovalni centri, roboti, električna vozila, računalniške periferne enote itd.
Trenutno sta bila razvita sinhronski motor in pogonski sistem s trajnim magnetom NdFeB s širokim razponom hitrosti in razmerjem hitrosti moči Gao Heng, z razmerjem hitrosti 1: 22 500 in mejno hitrostjo 9 000 r/min.Značilnosti visoke učinkovitosti, majhnih vibracij, nizkega hrupa in visoke gostote navora motorja s trajnimi magneti so najbolj idealni motorji v električnih vozilih, obdelovalnih strojih in drugih pogonskih napravah.
Z nenehnim izboljševanjem življenjskega standarda ljudi so zahteve po gospodinjskih aparatih vedno višje.Gospodinjska klimatska naprava na primer ni le velik porabnik energije, ampak tudi glavni vir hrupa.Njegov razvojni trend je uporaba brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnimi magneti z brezstopenjsko regulacijo hitrosti.Lahko se samodejno prilagodi na primerno hitrost glede na spremembo sobne temperature in deluje dolgo časa, zmanjša hrup in vibracije, zaradi česar se ljudje počutijo bolj udobno in prihrani 1/3 električne energije v primerjavi s klimatsko napravo brez regulacije hitrosti.Drugi hladilniki, pralni stroji, zbiralniki prahu, ventilatorji itd. postopoma prehajajo na brezkrtačne enosmerne motorje.
4. DC motor s trajnim magnetom DC motor sprejme vzbujanje s trajnim magnetom, ki ne samo ohranja dobre lastnosti regulacije hitrosti in mehanske lastnosti električno vzbujenega DC motorja, ampak ima tudi značilnosti preproste strukture in tehnologije, majhne prostornine, nizke porabe bakra, visoke učinkovitost itd., ker sta izpuščena vzbujalna navitja in izguba vzbujanja.Zato se enosmerni motorji s trajnimi magneti široko uporabljajo od gospodinjskih aparatov, prenosnih elektronskih naprav, električnih orodij do natančnih sistemov za prenos hitrosti in položaja, ki zahtevajo dobro dinamično zmogljivost.Med mikro enosmernimi motorji pod 50 W predstavljajo motorji s trajnimi magneti 92 %, tisti pod 10 W pa več kot 99 %.
Trenutno se kitajska avtomobilska industrija hitro razvija in avtomobilska industrija je največji uporabnik motorjev s trajnimi magneti, ki so ključne komponente avtomobilov.V ultraluksuznem avtomobilu je več kot 70 motorjev različnih namenov, med katerimi je večina nizkonapetostnih enosmernih mikromotorjev s trajnimi magneti.Ko se NdFeB trajni magneti in planetna gonila uporabljajo v zaganjalnikih za avtomobile in motorna kolesa, se lahko kakovost zaganjalnikov zmanjša za polovico.
Klasifikacija motorjev s trajnimi magneti
Obstaja veliko vrst trajnih magnetov.Glede na funkcijo motorja ga lahko grobo razdelimo v dve kategoriji: generator s trajnimi magneti in motor s trajnimi magneti.
Motorje s trajnimi magneti lahko razdelimo na enosmerne motorje s trajnimi magneti in izmenične motorje s trajnimi magneti.Izmenični motor s trajnim magnetom se nanaša na večfazni sinhronski motor z rotorjem s trajnim magnetom, zato se pogosto imenuje sinhronski motor s trajnim magnetom (PMSM).
Motorje na enosmerni tok s trajnimi magneti lahko razdelimo na brezkrtačne enosmerne motorje s trajnimi magneti in brezkrtačne enosmerne motorje s trajnimi magneti (BLDCM), če so razvrščeni glede na to, ali obstajajo električna stikala ali komutatorji.
Danes se teorija in tehnologija sodobne močnostne elektronike v svetu zelo razvijata.S pojavom močnostnih elektronskih naprav, kot so MOSFET, IGBT in MCT, so krmilne naprave doživele temeljne spremembe.Odkar je F. Blaceke leta 1971 predstavil načelo vektorskega krmiljenja motorja na izmenični tok, je razvoj tehnologije vektorskega krmiljenja sprožil novo dobo krmiljenja servo pogonov na izmenični tok, različni visoko zmogljivi mikroprocesorji pa so bili nenehno izrinjeni, kar še pospešuje razvoj AC servo sistema namesto DC servo sistema.Neizogiben trend je, da AC-I servo sistem nadomešča DC servo sistem.Vendar pa bosta sinhronski motor s trajnim magnetom (PMSM) s sinusno povratno emf in brezkrtačni enosmerni motor (BLIX~) s trapezoidno povratno emf zaradi svoje odlične zmogljivosti zagotovo postala glavni tok razvoja visoko zmogljivega AC servo sistema.