ניתוח מקיף של יתרונות של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע המחליפים מנועים אסינכרוניים

בהשוואה למנועים אסינכרוניים, למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יש יתרונות של גורם הספק גבוה, יעילות גבוהה, פרמטרי רוטור מדידים, פער אוויר גדול בין הסטטור לרוטור, ביצועי בקרה טובים, גודל קטן, משקל קל, מבנה פשוט, יחס מומנט/אינרציה גבוה וכו'. הם נמצאים בשימוש נרחב יותר ויותר בתחומי הנפט, התעשייה הכימית, הטקסטיל, הכרייה, כלי עבודה של מכונות CNC, רובוטים וכו', ומתפתחים לעבר הספק גבוה (מהירות גבוהה, מומנט גבוה), פונקציונליות גבוהה ומזעור.
מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע מורכבים מסטטורים ורוטורים. הסטטור זהה למנועים אסינכרוניים, והוא מורכב מסלילי תלת פאזים וליבות סטטור. מגנטים קבועים ממוגנטים מראש (ממוגנטים) מותקנים על הרוטור, וניתן ליצור שדה מגנטי במרחב שמסביב ללא אנרגיה חיצונית, מה שמפשט את מבנה המנוע וחוסך אנרגיה. מאמר זה מסביר את היתרונות המקיפים של קידום מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע על סמך מאפייני מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע.

1. יתרונות בולטים של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע

(1) מכיוון שהרוטור עשוי ממגנטים קבועים, צפיפות השטף המגנטי גבוהה, אין צורך בזרם עירור, ואובדן העירור מבוטל. בהשוואה למנועים אסינכרוניים, זרם העירור של סליל הסטטור והפסדי הנחושת והברזל של הרוטור מופחתים, והזרם הריאקטיבי מופחת במידה ניכרת. מכיוון שהפוטנציאלים המגנטיים של הסטטור והרוטור מסונכרנים, לליבת הרוטור אין אובדן ברזל גל בסיסי, כך שהיעילות (קשור להספק פעיל) וגורם ההספק (קשור להספק ריאקטיבי) גבוהים יותר מאלה של מנועים אסינכרוניים. מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע מתוכננים בדרך כלל להיות בעלי גורם הספק ויעילות גבוהים גם כאשר הם פועלים תחת עומס קל.

כאשר קצב העומס של מנועים אסינכרוניים רגילים נמוך מ-50%, יעילות ההפעלה וגורם ההספק שלהם יורדים משמעותית. כאשר קצב העומס של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע מינגטנג הוא 25%-120%, יעילות ההפעלה וגורם ההספק שלהם אינם משתנים הרבה, ויעילות ההפעלה היא >90%, וגורם ההספק הוא >0.85. אפקט חיסכון האנרגיה משמעותי תחת עומס קל, עומס משתנה ועומס מלא.

(2) למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יש תכונות מכניות קשיחות יחסית והם עמידים יותר להפרעות מומנט המנוע הנגרמות משינויי עומס. ליבת הרוטור של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע יכולה להיות מעוצבת כמבנה חלול כדי להפחית את האינרציה של הרוטור, וזמן ההתנעה והבלימה מהירים בהרבה מזה של מנוע אסינכרוני. יחס המומנט/אינרציה הגבוה הופך את מנועי הסינכרון בעלי מגנט קבוע למתאימים יותר לפעולה בתנאי תגובה מהירה מאשר מנועים אסינכרוניים.
(3) גודלם של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע קטן משמעותית מזה של מנועים אסינכרוניים, ומשקלם גם קל יותר יחסית. עם אותם תנאי פיזור חום וחומרי בידוד, צפיפות ההספק של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע היא יותר מפי שניים מזו של מנועים אסינכרוניים תלת פאזיים.
(4) מבנה הרוטור פשוט מאוד, קל לתחזוקה ומשפר את יציבות הפעולה.

מכיוון שמנועים אסינכרוניים תלת פאזיים צריכים להיות מתוכננים עם מקדם הספק גבוה יותר, יש להקטין מאוד את פער האוויר בין הסטטור לרוטור. יחד עם זאת, אחידות פער האוויר חיונית גם היא לפעולה בטוחה ולרעשי הרטט של המנוע. לכן, הדרישות לסבילות הצורה והמיקום ולקונצנטריות ההרכבה של המנוע האסינכרוני הן מחמירות יחסית, וחופש בחירת מרווח המיסב קטן יחסית. מנועים אסינכרוניים בעלי בסיסים גדולים יותר משתמשים בדרך כלל במיסבי סיכה באמבט שמן, אותם יש למלא בשמן סיכה בתוך זמן העבודה שצוין. דליפת שמן או מילוי בטרם עת של חלל השמן יאיצו את כשל המיסב. בתחזוקת מנועים אסינכרוניים תלת פאזיים, תחזוקת המיסבים מהווה חלק גדול. בנוסף, עקב קיומו של זרם מושרה ברוטור של מנוע אסינכרוני תלת פאזי, בעיית הקורוזיה החשמלית של המיסב הדאיגה גם היא חוקרים רבים בשנים האחרונות.
למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע אין בעיות כאלה. עקב פער האוויר הגדול של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע, הבעיות הנ"ל הנגרמות עקב פער האוויר הקטן של מנוע אסינכרוני אינן ברורות במנוע סינכרוני. יחד עם זאת, מיסבי מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע משתמשים במיסבים משומנים בגריז עם כיסויי אבק. המיסבים נאטמו בכמות מתאימה של גריז איכותי בעת יציאתם מהמפעל. חיי השירות של מיסבי מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע גבוהים בהרבה מזה של מנוע אסינכרוני.
על מנת למנוע מחיתוך של המיסב על ידי זרם הציר, מנוע המגנט הקבוע של Anhui Mingteng מאמץ עיצוב בידוד למכלול המיסב בקצה הזנב, שיכול להשיג את אפקט הבידוד של המיסב, והעלות נמוכה בהרבה מזו של בידוד המיסב. כדי להבטיח את חיי השירות התקינים של מיסב המנוע, לחלק הרוטור של כל מנועי ההנעה הישירה הסינכרוניים והמגנטיים של Anhui Mingteng יש מבנה תמיכה מיוחד, והחלפת המיסבים באתר זהה לזו של מנועים אסינכרוניים. החלפה ותחזוקה מאוחרים יותר של המיסב יכולים לחסוך בעלויות לוגיסטיקה, לחסוך בזמן תחזוקה ולהבטיח טוב יותר את אמינות הייצור של המשתמש.

2. יישומים אופייניים של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע המחליפים מנועים אסינכרוניים

2.1 מנוע סינכרוני תלת פאזי בעל מגנט קבוע ויעילות אולטרה-גבוהה, בעל ויסות מהירות תדר משתנה, לטחנה אנכית בתעשיית המלט
קחו לדוגמה את מנוע הסינכרוני בעל יעילות גבוהה במיוחד בעל מגנט קבוע TYPKK1000-6 5300kW 10kV להחלפת טרנספורמציה אסינכרונית. מוצר זה הוא מנוע המגנט הקבוע הביתי הראשון בעל מתח גבוה מעל 5MW לטרנספורמציה אנכית של טחנה שסופק על ידי Anhui Mingteng עבור חברת חומרי בניין בשנת 2021. בהשוואה למערכת המנועים האסינכרונית המקורית, שיעור החיסכון באנרגיה מגיע ל-8%, ועלייה בייצור יכולה להגיע ל-10%. קצב העומס הממוצע הוא 80%, יעילות המנוע בעל המגנט הקבוע היא 97.9%, ועלות חיסכון האנרגיה השנתית היא: (18.7097 מיליון יואן ÷ 0.92) × 8% = 1.6269 מיליון יואן; עלות חיסכון האנרגיה ב-15 שנים היא: (18.7097 מיליון יואן ÷ 0.92) × 8% × 15 שנים = 24.4040 מיליון יואן; השקעת ההחלפה מוחזרת תוך 15 חודשים, והתשואה על ההשקעה מתקבלת במשך 14 שנים רצופות.

חברת Anhui Mingteng סיפקה סט שלם של ציוד לטרנספורמציה של טחנה אנכית עבור חברת חומרי בניין בשאנדונג (TYPKK1000-6 5300kW 10kV)

2.2 מנוע סינכרוני תלת פאזי בעל מגנט קבוע, יעיל במיוחד והפעלה עצמית במתח נמוך, עבור מערבלי תעשייה כימית
קחו לדוגמה את מנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע TYCX315L1-4 160kW 380V חלופי בעל יעילות גבוהה במיוחד. מוצר זה סופק על ידי Anhui Mingteng בשנת 2015 עבור טרנספורמציה של מנועי מיקסר ומכבש בתעשייה הכימית. TYCX315L1-4 160kW 380V מתאים לתנאי עבודה של מיקסרים. על ידי חישוב צריכת האנרגיה לטון ליחידת זמן, המשתמש חישב כי מנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע 160kw חוסך 11.5% יותר חשמל מאשר המנוע האסינכרוני המקורי עם אותו הספק. לאחר תשע שנות שימוש בפועל, המשתמשים מרוצים מאוד מקצב החיסכון באנרגיה, עליית הטמפרטורה, הרעש, הזרם ומדדים אחרים של מנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע Mingteng בפעולה בפועל.

חברת Anhui Mingteng סיפקה תמיכה בשינוי מיקסר לחברת כימיקלים בגוויג'ואו (TYCX315L1-4 160kW 380V)

3. נושאים שמעסיקים את המשתמשים

3.1 חיי המנוע חיי המנוע כולו תלויים בחיי המיסב. בית המנוע מאמץ את רמת ההגנה IP54, אותה ניתן להגדיל ל-IP65 בנסיבות מיוחדות, ועומד בדרישות השימוש של רוב הסביבות המאובקות והלחות. בתנאי שמבטיחים קואקסיאליות טובה של התקנת הארכת ציר המנוע ועומס רדיאלי מתאים על הציר, חיי השירות המינימליים של מיסב המנוע הם יותר מ-20,000 שעות. השני הוא חיי מאוורר הקירור, שהם ארוכים יותר מאלה של מנוע המופעל על ידי קבלים. בעת פעולה ממושכת בסביבה מאובקת ולחה, יש צורך להסיר באופן קבוע את החומרים הדביקים המחוברים למאוורר כדי למנוע מהמאוורר להישרף עקב עומס יתר.

3.2 כשל והגנה על חומרי מגנט קבוע
חשיבותם של חומרים מגנט קבוע למנועים מגנט קבוע מובנת מאליה, ועלותם מהווה יותר מרבע מעלות החומר של המנוע כולו. חומרי המגנט הקבועים של רוטור מנוע מגנט קבוע של Anhui Mingteng משתמשים בחומרי NdFeB מסונטרים בעלי תוצר אנרגיה מגנטי גבוה וכפייתיות פנימית גבוהה, והכיתות הקונבנציונליות כוללות N38SH, N38UH, N40UH, N42UH וכו'. החברה עיצבה כלים מקצועיים ומתקני הנחיה להרכבת פלדה מגנטית, וניתחה איכותית את הקוטביות של הפלדה המגנטית המורכבת באמצעים סבירים, כך שערך השטף המגנטי היחסי של כל פלדה מגנטית חריץ קרוב, מה שמבטיח את הסימטריה של המעגל המגנטי ואת איכות הרכבת הפלדה המגנטית.
חומרי המגנט הקבועים הנוכחיים יכולים לפעול במשך זמן רב תחת עליית הטמפרטורה המרבית המותרת של סליל המנוע, וקצב הדה-מגנטיזציה הטבעי של הפלדה המגנטית אינו גבוה מ-1‰. חומרי מגנט קבועים קונבנציונליים דורשים שציפוי פני השטח יעמוד במבחן ריסוס מלח של יותר מ-24 שעות. עבור סביבות עם קורוזיה חמצונית חמורה, על המשתמשים ליצור קשר עם היצרן כדי לבחור חומרי מגנט קבועים עם טכנולוגיית הגנה גבוהה יותר.

4. כיצד לבחור מנוע מגנט קבוע להחלפת מנוע אסינכרוני

4.1 קביעת סוג העומס
לעומסים שונים כמו טחנות כדורים, משאבות מים ומאווררים יש דרישות ביצועים שונות למנועים, ולכן סוג העומס חשוב מאוד לתכנון או לבחירה.
4.2 קביעת מצב העומס של המנוע בפעולה רגילה
האם המנוע פועל ברציפות בעומס מלא או בעומס קל? או שלפעמים מדובר בעומס כבד ולפעמים בעומס קל, וכמה זמן נמשך מחזור ההחלפה בין עומס קל לכבד?
4.3 קביעת ההשפעה של מצבי עומס אחרים על המנוע
ישנם מקרים מיוחדים רבים של מצב העומס של המנוע באתר. לדוגמה, עומס מסוע הרצועה צריך לשאת כוח רדיאלי, וייתכן שיהיה צורך להתאים את המנוע ממיסבי כדור למסבי גליל; אם יש הרבה אבק או שמן, עלינו לשפר את רמת ההגנה של המנוע.
4.4 טמפרטורת הסביבה
טמפרטורת הסביבה באתר היא מה שעלינו להתמקד בו בתהליך בחירת המנוע. המנועים הקונבנציונליים שלנו מתוכננים לטמפרטורת סביבה של 0~40 מעלות צלזיוס ומטה, אך לעתים קרובות אנו נתקלים במצבים בהם טמפרטורת הסביבה גבוהה מ-40 מעלות צלזיוס. בשלב זה, עלינו לבחור מנוע בעל הספק גבוה יותר או מנוע שתוכנן במיוחד.
4.5 שיטת התקנה באתר, מידות התקנת מנוע
שיטת ההתקנה באתר, מידות התקנת המנוע, שיטת ההתקנה באתר ומידות ההתקנה גם הם נתונים שיש להשיג, בין אם שרטוט המראה המקורי של המנוע, או מידות ממשק ההתקנה, מידות היסוד ומיקום חלל מיקום המנוע. אם יש מגבלות מקום באתר, ייתכן שיהיה צורך לשנות את שיטת קירור המנוע, את מיקום קופסת כבלי המנוע וכו'.

4.6 גורמים סביבתיים אחרים
גורמים סביבתיים רבים אחרים משפיעים על בחירת המנוע, כגון זיהום אבק או שמן המשפיעים על רמת ההגנה של המנוע; לדוגמה, בסביבות ימיות או בסביבות עם pH גבוה, יש לתכנן את המנוע להגנה מפני קורוזיה; בסביבות עם רעידות גבוהות וגובה רב, ישנם שיקולי תכנון שונים.
4.7 חקירת פרמטרים מקוריים ותנאי הפעלה של מנוע אסינכרוני
(1) נתוני לוחית השם: מתח מדורג, מהירות מדורג, זרם מדורג, מקדם הספק מדורג, יעילות, דגם ופרמטרים נוספים
(2) שיטת התקנה: השג את שרטוט המראה המקורי של המנוע, תמונות התקנה באתר וכו'.
(3) פרמטרי הפעלה בפועל של המנוע המקורי: זרם, הספק, מקדם הספק, טמפרטורה וכו'.

מַסְקָנָה
מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע מתאימים במיוחד ליישומים בעלי התנעה כבדה והפעלה קלה. קידום ושימוש במנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע טומנים בחובם יתרונות כלכליים וחברתיים חיוביים, ובעלי חשיבות רבה לשימור אנרגיה ולהפחתת פליטות. מבחינת אמינות ויציבות, למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יש גם יתרונות חשובים. בחירת מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יעילות גבוהה היא השקעה חד פעמית עם יתרונות לטווח ארוך.
חברת Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) מתמקדת במחקר, פיתוח, ייצור ומכירה של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יעיל במיוחד מזה 17 שנים. מוצריה מכסים מגוון רחב של מנועים במתח גבוה, מתח נמוך, תדר קבוע, תדר משתנה, קונבנציונליים, חסיני פיצוץ, הנעה ישירה, גלילים חשמליים ומכונות הכל-באחד, במטרה לספק כוח הנעה יעיל יותר לציוד תעשייתי.
למנועים בעלי מגנט קבוע של Anhui Mingteng יש את אותם מידות התקנה חיצוניות כמו למנועים האסינכרוניים הנפוצים כיום, ויכולים להחליף לחלוטין מנועים אסינכרוניים. בנוסף, ישנו צוות טכני מקצועי שיתכנן ויספק ללקוחות פתרונות טרנספורמציה בחינם. אם יש לכם צורך בטרנספורמציה של מנועים אסינכרוניים, אל תהססו לפנות אלינו, ואנו נשרת אתכם מכל הלב!