עם פיתוח חומרי מגנט קבועים בעלי מגנטים קבועים מסוג נדיר בשנות ה-70, נוצרו מנועי מגנט קבועים מסוג נדיר. מנועי מגנט קבועים משתמשים במגנטים קבועים בעלי מגנטים קבועים מסוג נדיר לצורך עירור, ומגנטים קבועים יכולים לייצר שדות מגנטיים קבועים לאחר המגנטיזציה. ביצועי העירור שלהם מצוינים, והם עדיפים על מנועי עירור חשמליים מבחינת יציבות, איכות והפחתת הפסדים, מה שטלטל את שוק המנועים המסורתי.

בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של המדע והטכנולוגיה המודרניים, הביצועים והטכנולוגיה של חומרים אלקטרומגנטיים, ובמיוחד חומרים אלקטרומגנטיים בעלי אדמה נדירה, שופרו בהדרגה. יחד עם ההתפתחות המהירה של אלקטרוניקת הספק, טכנולוגיית העברת הספק וטכנולוגיית בקרה אוטומטית, ביצועי המנועים הסינכרוניים של מגנט קבוע הולכים ומשתפרים.

יתר על כן, למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יש יתרונות של משקל קל, מבנה פשוט, גודל קטן, מאפיינים טובים וצפיפות הספק גבוהה. מוסדות מחקר מדעיים וארגונים רבים מבצעים באופן פעיל את המחקר והפיתוח של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, ותחומי היישום שלהם יורחבו עוד יותר.

1. בסיס פיתוח של מנוע סינכרוני מגנט קבוע

א. יישום של חומרי מגנט קבועים בעלי ביצועים גבוהים של אדמה נדירה

חומרים בעלי מגנט קבוע מסוג אדמה נדירה עברו שלושה שלבים: SmCo5, Sm2Co17 ו-Nd2Fe14B. כיום, חומרים המגנט הקבוע המיוצגים על ידי NdFeB הפכו לסוג הנפוץ ביותר של חומרי מגנט קבוע מסוג אדמה נדירה בשל תכונותיהם המגנטיות המצוינות. פיתוח חומרי מגנט קבוע הניע את פיתוחם של מנועים של מגנט קבוע.

בהשוואה למנוע אינדוקציה תלת פאזי מסורתי עם עירור חשמלי, המגנט הקבוע מחליף את קוטב העירור החשמלי, מפשט את המבנה, מבטל את טבעת ההחלקה והמברשת של הרוטור, מממש את המבנה ללא מברשות ומקטין את גודל הרוטור. זה משפר את צפיפות ההספק, צפיפות המומנט ויעילות העבודה של המנוע, והופך את המנוע לקטן וקל יותר, מה שמרחיב עוד יותר את תחום היישום שלו ומקדם את פיתוח המנועים החשמליים לעבר הספק גבוה יותר.

ב. יישום תורת הבקרה החדשה

בשנים האחרונות, אלגוריתמי בקרה התפתחו במהירות. ביניהם, אלגוריתמי בקרה וקטורית פתרו את בעיית אסטרטגיית ההנעה של מנועי AC באופן עקרוני, מה שהופך את מנועי AC לבעלי ביצועי בקרה טובים. הופעתה של בקרת מומנט ישירה הופכת את מבנה הבקרה לפשוט יותר, ויש לה מאפיינים של ביצועי מעגל חזקים לשינויי פרמטרים ומהירות תגובה דינמית מהירה של מומנט. טכנולוגיית בקרת מומנט עקיפה פותרת את בעיית פעימות המומנט הגדולות של מומנט ישיר במהירות נמוכה, ומשפרת את המהירות ואת דיוק הבקרה של המנוע.

ג. יישום של התקנים אלקטרוניים ומעבדים בעלי ביצועים גבוהים

טכנולוגיית אלקטרוניקת הספק מודרנית היא ממשק חשוב בין תעשיית המידע לתעשיות המסורתיות, וגשר בין זרם חלש לזרם חזק מבוקר. פיתוח טכנולוגיית אלקטרוניקת הספק מאפשר מימוש אסטרטגיות בקרת הנעה.

בשנות ה-70 הופיעה סדרה של ממירים לשימוש כללי, אשר יכלו להמיר הספק תדר תעשייתי להספק תדר משתנה עם תדר מתכוונן רציף, ובכך ליצור תנאים לוויסות מהירות תדר משתנה של הספק AC. ממירים אלה בעלי יכולת התחלה רכה לאחר קביעת התדר, והתדר יכול לעלות מאפס לתדר שנקבע בקצב מסוים, וניתן לכוונן את קצב העלייה באופן רציף בטווח רחב, ובכך לפתור את בעיית ההתנעה של מנועים סינכרוניים.

2. מצב פיתוח של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע בארץ ובחו"ל

המנוע הראשון בהיסטוריה היה מנוע מגנט קבוע. באותה תקופה, ביצועי חומרי המגנט הקבוע היו יחסית גרועים, וכוח הכפייה והרמננס של מגנטים קבועים היו נמוכים מדי, ולכן הם הוחלפו במהרה במנועי עירור חשמליים.

בשנות ה-70, חומרים של מגנט קבוע מסוג NdFeB, המיוצגים על ידי חומרי NdFeB, היו בעלי כוח כפייה גדול, רמננטיות, יכולת דה-מגנטיזציה חזקה ומכפלת אנרגיה מגנטית גדולה, מה שהביא את מנועי המגנט הקבוע בעלי הספק גבוה להופיע על במת ההיסטוריה. כיום, המחקר על מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע הולך ומתבגר, ומתפתח לכיוון מהירות גבוהה, מומנט גבוה, הספק גבוה ויעילות גבוהה.

בשנים האחרונות, עם השקעות חזקות של חוקרים מקומיים והממשלה, מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע התפתחו במהירות. עם התפתחות טכנולוגיית המיקרו-מחשבים וטכנולוגיית הבקרה האוטומטית, מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע נמצאים בשימוש נרחב בתחומים שונים. עקב התקדמות החברה, דרישות האנשים למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע הפכו מחמירות יותר, מה שהוביל למנועי מגנט קבוע להתפתח לעבר טווח ויסות מהירות גדול יותר ובקרה מדויקת יותר. עקב שיפור תהליכי הייצור הנוכחיים, פותחו עוד חומרים בעלי ביצועים גבוהים של מגנט קבוע. זה מפחית מאוד את עלותם ומיישם אותם בהדרגה בתחומים שונים של החיים.

3. טכנולוגיה עכשווית

א. טכנולוגיית תכנון מנוע סינכרוני עם מגנט קבוע

בהשוואה למנועי עירור חשמליים רגילים, למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע אין פיתולי עירור חשמליים, טבעות אספן וארונות עירור, מה שמשפר מאוד לא רק את היציבות והאמינות, אלא גם את היעילות.

ביניהם, למנועים מובנים של מגנט קבוע יש יתרונות של יעילות גבוהה, גורם הספק גבוה, צפיפות הספק גבוהה ליחידה, יכולת התרחבות מהירות מגנטית חלשה חזקה ומהירות תגובה דינמית מהירה, מה שהופך אותם לבחירה אידיאלית להנעת מנועים.

מגנטים קבועים מספקים את כל שדה העירור המגנטי של מנועי מגנט קבוע, ומומנט קוגינג יגביר את הרטט והרעש של המנוע במהלך הפעולה. מומנט קוגינג מוגזם ישפיע על ביצועי מערכת בקרת מהירות המנוע במהירות נמוכה ועל המיקום הדיוק הגבוה של מערכת בקרת המיקום. לכן, בעת תכנון המנוע, יש להפחית את מומנט הקוגינג ככל האפשר באמצעות אופטימיזציה של המנוע.

על פי מחקרים, השיטות הכלליות להפחתת מומנט הקוגינג כוללות שינוי מקדם קשת הקוטב, הקטנת רוחב החריץ של הסטטור, התאמת חריץ ההטיה לחריץ הקוטב, שינוי מיקום, גודל וצורת הקוטב המגנטי וכו'. עם זאת, יש לציין כי בעת הפחתת מומנט הקוגינג, הדבר עלול להשפיע על ביצועים אחרים של המנוע, כגון ירידה במומנט האלקטרומגנטי בהתאם. לכן, בעת התכנון, יש לאזן בין גורמים שונים ככל האפשר כדי להשיג את ביצועי המנוע הטובים ביותר.

ב. טכנולוגיית סימולציה של מנוע סינכרוני עם מגנט קבוע

נוכחותם של מגנטים קבועים במנועים בעלי מגנט קבוע מקשה על מתכננים לחשב פרמטרים, כגון תכנון מקדם שטף דליפה ללא עומס ומקדם קשת מוט. באופן כללי, תוכנת ניתוח אלמנטים סופיים משמשת לחישוב ואופטימיזציה של הפרמטרים של מנועים בעלי מגנט קבוע. תוכנת ניתוח אלמנטים סופיים יכולה לחשב פרמטרים של מנוע בצורה מדויקת מאוד, והיא אמינה מאוד לשימוש בה כדי לנתח את השפעת פרמטרי המנוע על הביצועים.

שיטת חישוב האלמנטים הסופיים מקלה, מהירה ומדויקת יותר עלינו לחשב ולנתח את השדה האלקטרומגנטי של מנועים. זוהי שיטה נומרית שפותחה על בסיס שיטת ההפרשים ונמצאת בשימוש נרחב במדע ובהנדסה. משתמשים בשיטות מתמטיות כדי לחלק תחומי פתרון רציפים מסוימים לקבוצות של יחידות, ולאחר מכן לבצע אינטרפולציה בכל יחידה. בדרך זו, נוצרת פונקציית אינטרפולציה לינארית, כלומר, פונקציה מקורבת מדומה ונותחת באמצעות אלמנטים סופיים, המאפשרת לנו לצפות באופן אינטואיטיבי בכיוון קווי השדה המגנטי ובהתפלגות צפיפות השטף המגנטי בתוך המנוע.

ג. טכנולוגיית בקרת מנוע סינכרוני עם מגנט קבוע

שיפור ביצועי מערכות הנעת מנועים הוא גם בעל חשיבות רבה לפיתוח תחום הבקרה התעשייתית. זה מאפשר להניע את המערכת בביצועים הטובים ביותר. המאפיינים הבסיסיים שלה באים לידי ביטוי במהירות נמוכה, במיוחד במקרה של התנעה מהירה, תאוצה סטטית וכו', היא יכולה להפיק מומנט גדול; וכאשר היא נוהגת במהירות גבוהה, היא יכולה להשיג בקרת מהירות קבועה בטווח רחב. טבלה 1 משווה את ביצועיהם של מספר מנועים עיקריים.

כפי שניתן לראות בטבלה 1, למנועים בעלי מגנט קבוע יש אמינות טובה, טווח מהירויות רחב ויעילות גבוהה. אם משלבים אותם עם שיטת הבקרה המתאימה, מערכת המנוע כולה יכולה להשיג את הביצועים הטובים ביותר. לכן, יש צורך לבחור אלגוריתם בקרה מתאים כדי להשיג ויסות מהירות יעיל, כך שמערכת הנעת המנוע תוכל לפעול בתחום ויסות מהירות רחב יחסית וטווח הספק קבוע.

שיטת בקרת הווקטור נמצאת בשימוש נרחב באלגוריתם בקרת מהירות מנוע מגנט קבוע. יש לה יתרונות של טווח ויסות מהירות רחב, יעילות גבוהה, אמינות גבוהה, יציבות טובה ויתרונות כלכליים טובים. היא נמצאת בשימוש נרחב בהנעת מנוע, תחבורה מסילתית וסרוו של כלי עבודה מכניים. בשל שימושים שונים, גם אסטרטגיית בקרת הווקטור הנוכחית שאומצה שונה.

4. מאפייני מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע

למנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע מבנה פשוט, הפסדים נמוכים וגורם הספק גבוה. בהשוואה למנוע עירור חשמלי, מכיוון שאין בו מברשות, קומוטטורים והתקנים אחרים, לא נדרש זרם עירור ריאקטיבי, כך שאובדן זרם הסטטור וההתנגדות קטנים יותר, היעילות גבוהה יותר, מומנט העירור גדול יותר וביצועי הבקרה טובים יותר. עם זאת, ישנם חסרונות כמו עלות גבוהה וקושי בהתנעה. עקב יישום טכנולוגיית הבקרה במנועים, ובמיוחד יישום מערכות בקרת וקטור, מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יכולים להשיג ויסות מהירות רחב טווח, תגובה דינמית מהירה ובקרת מיקום מדויקת במיוחד, כך שמנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע ימשכו אנשים רבים יותר לערוך מחקר מקיף.

5. מאפיינים טכניים של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע של Anhui Mingteng

א. למנוע יש מקדם הספק גבוה ומקדם איכות גבוה של רשת החשמל. אין צורך במפצה מקדם הספק, וניתן לנצל את קיבולת ציוד תחנת המשנה במלואה;

ב. מנוע המגנט הקבוע מעורר על ידי מגנטים קבועים ופועל באופן סינכרוני. אין פעימות מהירות, והתנגדות הצינור אינה מוגברת בעת הפעלת מאווררים ומשאבות;

ג. ניתן לתכנן את מנוע המגנט הקבוע עם מומנט התנעה גבוה (יותר מפי 3) וקיבולת עומס יתר גבוהה לפי הצורך, ובכך לפתור את תופעת "סוס גדול מושך עגלה קטנה";

ד. הזרם הריאקטיבי של מנוע אסינכרוני רגיל הוא בדרך כלל פי 0.5-0.7 מהזרם המדורג. מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע של מינגטנג אינו זקוק לזרם עירור. הזרם הריאקטיבי של מנוע מגנט קבוע ומנוע אסינכרוני שונה בכ-50%, וזרם הפעולה בפועל נמוך בכ-15% מזה של מנוע אסינכרוני;

ה. ניתן לתכנן את המנוע כך שיופעל ישירות, ומידות ההתקנה החיצוניות זהות לאלו של המנועים האסינכרוניים הנמצאים בשימוש נרחב כיום, שיכולים להחליף לחלוטין מנועים אסינכרוניים;

ו. הוספת דרייבר יכולה להשיג התחלה רכה, עצירה רכה וויסות מהירות ללא שלבים, עם תגובה דינמית טובה ושיפור נוסף באפקט חיסכון באנרגיה;

ז. למנוע מבנים טופולוגיים רבים, העונים ישירות על הדרישות הבסיסיות של ציוד מכני בטווח רחב ובתנאים קיצוניים;

ח. על מנת לשפר את יעילות המערכת, לקצר את שרשרת ההולכה ולהפחית את עלויות התחזוקה, ניתן לתכנן ולייצר מנועים סינכרוניים בעלי הנעה ישירה במהירות גבוהה ונמוכה בעלי מגנט קבוע כדי לעמוד בדרישות הגבוהות יותר של המשתמשים.

חברת Anhui Mingteng מכונות מגנטיות קבועות וציוד חשמלי בע"מ (https://www.mingtengmotor.com/) הוקמה בשנת 2007. זוהי חברת היי-טק המתמחה במחקר ופיתוח, ייצור ומכירה של מנועים סינכרוניים בעלי יעילות גבוהה במיוחד בעלי מגנט קבוע. החברה משתמשת בתורת תכנון מנועים מודרנית, תוכנת תכנון מקצועית ותוכנית תכנון מנועים בעלי מגנט קבוע שפותחה באופן עצמאי כדי לדמות את השדה האלקטרומגנטי, שדה הנוזל, שדה הטמפרטורה, שדה המאמץ וכו' של מנוע המגנט הקבוע, לייעל את מבנה המעגל המגנטי, לשפר את רמת יעילות האנרגיה של המנוע, ולהבטיח באופן יסודי את השימוש האמין במנוע המגנט הקבוע.

זכויות יוצרים: מאמר זה הוא הדפסה מחודשת של המספר הציבורי של WeChat "Motor Alliance", הקישור המקוריhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

מאמר זה אינו מייצג את עמדות החברה שלנו. אם יש לכם דעות או השקפות שונות, אנא תקנו אותנו!