Com o desenvolvimento de materiais de ímã permanente de terras raras na década de 1970, surgiram motores de ímã permanente de terras raras. Os motores de ímã permanente usam ímãs permanentes de terras raras para excitação, e os ímãs permanentes podem gerar campos magnéticos permanentes após a magnetização. Seu desempenho de excitação é excelente, sendo superior aos motores de excitação elétrica em termos de estabilidade, qualidade e redução de perdas, o que tem abalado o mercado de motores tradicionais.

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas, o desempenho e a tecnologia dos materiais eletromagnéticos, especialmente dos materiais eletromagnéticos de terras raras, foram gradualmente melhorados. Juntamente com o rápido desenvolvimento da eletrônica de potência, tecnologia de transmissão de energia e tecnologia de controle automático, o desempenho dos motores síncronos de ímã permanente está cada vez melhor.

Além disso, os motores síncronos de ímã permanente têm as vantagens de peso leve, estrutura simples, tamanho pequeno, boas características e alta densidade de potência. Muitas instituições e empresas de pesquisa científica estão realizando ativamente pesquisa e desenvolvimento de motores síncronos de ímã permanente, e suas áreas de aplicação serão ainda mais expandidas.

1. Base de desenvolvimento do motor síncrono de ímã permanente

a.Aplicação de materiais magnéticos permanentes de terras raras de alto desempenho

Os materiais magnéticos permanentes de terras raras passaram por três estágios: SmCo5, Sm2Co17 e Nd2Fe14B. Atualmente, os materiais magnéticos permanentes representados pelo NdFeB tornaram-se o tipo mais amplamente utilizado de materiais magnéticos permanentes de terras raras devido às suas excelentes propriedades magnéticas. O desenvolvimento de materiais de ímã permanente impulsionou o desenvolvimento de motores de ímã permanente.

Comparado com o motor de indução trifásico tradicional com excitação elétrica, o ímã permanente substitui o pólo de excitação elétrica, simplifica a estrutura, elimina o anel coletor e a escova do rotor, realiza a estrutura sem escova e reduz o tamanho do rotor. Isto melhora a densidade de potência, densidade de torque e eficiência de trabalho do motor, e torna o motor menor e mais leve, expandindo ainda mais seu campo de aplicação e promovendo o desenvolvimento de motores elétricos para maior potência.

b.Aplicação da nova teoria de controle

Nos últimos anos, os algoritmos de controle desenvolveram-se rapidamente. Entre eles, os algoritmos de controle vetorial resolveram em princípio o problema da estratégia de acionamento dos motores CA, fazendo com que os motores CA tenham um bom desempenho de controle. O surgimento do controle direto de torque torna a estrutura de controle mais simples e possui as características de forte desempenho do circuito para alterações de parâmetros e velocidade de resposta dinâmica de torque rápida. A tecnologia de controle de torque indireto resolve o problema de grande pulsação de torque direto em baixa velocidade e melhora a velocidade e a precisão de controle do motor.

c.Aplicação de dispositivos e processadores eletrônicos de potência de alto desempenho

A tecnologia moderna de eletrônica de potência é uma interface importante entre a indústria da informação e as indústrias tradicionais, e uma ponte entre a corrente fraca e a corrente forte controlada. O desenvolvimento da tecnologia de eletrônica de potência permite a realização de estratégias de controle de acionamento.

Na década de 1970, surgiu uma série de inversores de uso geral, que podiam converter potência de frequência industrial em potência de frequência variável com frequência continuamente ajustável, criando assim condições para regulação de velocidade de frequência variável da energia CA. Esses inversores têm capacidade de partida suave após a frequência ser definida, e a frequência pode aumentar de zero até a frequência definida em uma determinada taxa, e a taxa crescente pode ser ajustada continuamente dentro de uma ampla faixa, resolvendo o problema de partida dos motores síncronos.

2. Status de desenvolvimento de motores síncronos de ímã permanente em casa e no exterior

O primeiro motor da história foi um motor de ímã permanente. Naquela época, o desempenho dos materiais magnéticos permanentes era relativamente baixo, e a força coercitiva e a remanência dos ímãs permanentes eram muito baixas, então eles foram logo substituídos por motores de excitação elétrica.

Na década de 1970, os materiais de ímã permanente de terras raras representados por NdFeB tinham grande força coercitiva, remanência, forte capacidade de desmagnetização e grande produto de energia magnética, o que fez com que motores síncronos de ímã permanente de alta potência aparecessem no palco da história. Agora, a pesquisa sobre motores síncronos de ímã permanente está se tornando cada vez mais madura e evoluindo para alta velocidade, alto torque, alta potência e alta eficiência.

Nos últimos anos, com o forte investimento de estudiosos nacionais e do governo, os motores síncronos de ímã permanente desenvolveram-se rapidamente. Com o desenvolvimento da tecnologia de microcomputadores e da tecnologia de controle automático, os motores síncronos de ímã permanente têm sido amplamente utilizados em vários campos. Devido ao progresso da sociedade, os requisitos das pessoas para motores síncronos de ímã permanente tornaram-se mais rigorosos, levando os motores de ímã permanente a se desenvolverem em direção a uma faixa de regulação de velocidade maior e controle de maior precisão. Devido à melhoria dos processos de produção atuais, materiais magnéticos permanentes de alto desempenho foram desenvolvidos. Isso reduz muito seu custo e gradualmente o aplica a vários campos da vida.

3. Tecnologia atual

um. Tecnologia de projeto de motor síncrono de ímã permanente

Em comparação com os motores de excitação elétrica comuns, os motores síncronos de ímã permanente não possuem enrolamentos de excitação elétrica, anéis coletores e gabinetes de excitação, o que melhora muito não apenas a estabilidade e confiabilidade, mas também a eficiência.

Entre eles, os motores de ímã permanente integrados têm as vantagens de alta eficiência, alto fator de potência, alta densidade de potência unitária, forte capacidade de expansão de velocidade magnética fraca e rápida velocidade de resposta dinâmica, tornando-os uma escolha ideal para acionar motores.

Os ímãs permanentes fornecem todo o campo magnético de excitação dos motores de ímã permanente, e o torque de engrenagem aumentará a vibração e o ruído do motor durante a operação. O torque de engrenagem excessivo afetará o desempenho em baixa velocidade do sistema de controle de velocidade do motor e o posicionamento de alta precisão do sistema de controle de posição. Portanto, ao projetar o motor, o torque de engrenagem deve ser reduzido tanto quanto possível através da otimização do motor.

De acordo com a pesquisa, os métodos gerais para reduzir o torque de engrenagem incluem alterar o coeficiente do arco do pólo, reduzir a largura da ranhura do estator, combinar a ranhura inclinada e a ranhura do pólo, alterar a posição, tamanho e forma do pólo magnético, etc. , deve-se observar que ao reduzir o torque de engrenagem, isso pode afetar outro desempenho do motor, como o torque eletromagnético pode diminuir correspondentemente. Portanto, ao projetar, vários fatores devem ser equilibrados tanto quanto possível para alcançar o melhor desempenho do motor.

b.Tecnologia de simulação de motor síncrono de ímã permanente

A presença de ímãs permanentes em motores de ímãs permanentes dificulta o cálculo de parâmetros pelos projetistas, como o projeto do coeficiente de fluxo de fuga sem carga e do coeficiente de arco polar. Geralmente, o software de análise de elementos finitos é usado para calcular e otimizar os parâmetros de motores de ímã permanente. O software de análise de elementos finitos pode calcular os parâmetros do motor com muita precisão e é muito confiável para usá-lo para analisar o impacto dos parâmetros do motor no desempenho.

O método de cálculo de elementos finitos torna mais fácil, rápido e preciso calcular e analisar o campo eletromagnético dos motores. Este é um método numérico desenvolvido com base no método das diferenças e tem sido amplamente utilizado na ciência e na engenharia. Use métodos matemáticos para discretizar alguns domínios de solução contínua em grupos de unidades e depois interpolar em cada unidade. Desta forma, forma-se uma função de interpolação linear, ou seja, uma função aproximada é simulada e analisada por meio de elementos finitos, o que permite observar intuitivamente a direção das linhas do campo magnético e a distribuição da densidade do fluxo magnético no interior do motor.

c.Tecnologia de controle de motor síncrono de ímã permanente

Melhorar o desempenho dos sistemas de acionamento de motores também é de grande importância para o desenvolvimento do campo de controle industrial. Ele permite que o sistema seja conduzido com o melhor desempenho. Suas características básicas se refletem na baixa velocidade, principalmente no caso de partida rápida, aceleração estática, etc., podendo produzir um grande torque; e ao dirigir em alta velocidade, pode obter controle de velocidade de potência constante em uma ampla faixa. A Tabela 1 compara o desempenho de vários motores principais.

Como pode ser visto na Tabela 1, os motores de ímã permanente apresentam boa confiabilidade, ampla faixa de velocidade e alta eficiência. Se combinado com o método de controle correspondente, todo o sistema motor pode alcançar o melhor desempenho. Portanto, é necessário selecionar um algoritmo de controle adequado para obter uma regulação de velocidade eficiente, de modo que o sistema de acionamento do motor possa operar em uma área de regulação de velocidade relativamente ampla e em uma faixa de potência constante.

O método de controle vetorial é amplamente utilizado no algoritmo de controle de velocidade do motor de ímã permanente. Tem as vantagens de ampla faixa de regulação de velocidade, alta eficiência, alta confiabilidade, boa estabilidade e bons benefícios econômicos. É amplamente utilizado em acionamento motorizado, transporte ferroviário e servo de máquinas-ferramenta. Devido aos diferentes usos, a atual estratégia de controle vetorial adotada também é diferente.

4.Características do motor síncrono de ímã permanente

O motor síncrono de ímã permanente possui estrutura simples, baixa perda e alto fator de potência. Comparado com o motor de excitação elétrica, como não há escovas, comutadores e outros dispositivos, nenhuma corrente de excitação reativa é necessária, portanto a corrente do estator e a perda de resistência são menores, a eficiência é maior, o torque de excitação é maior e o desempenho de controle é melhor. Porém, existem desvantagens como alto custo e dificuldade de inicialização. Devido à aplicação de tecnologia de controle em motores, especialmente a aplicação de sistemas de controle vetorial, os motores síncronos de ímã permanente podem alcançar ampla gama de regulação de velocidade, resposta dinâmica rápida e controle de posicionamento de alta precisão, de modo que os motores síncronos de ímã permanente atrairão mais pessoas para conduzir extensa pesquisa.

5. Características técnicas do motor síncrono de ímã permanente Anhui Mingteng

um. O motor possui alto fator de potência e alto fator de qualidade da rede elétrica. Nenhum compensador de fator de potência é necessário e a capacidade do equipamento da subestação pode ser totalmente utilizada;

b. O motor de ímã permanente é excitado por ímãs permanentes e opera de forma síncrona. Não há pulsação de velocidade e a resistência da tubulação não aumenta ao acionar ventiladores e bombas;

c. O motor de ímã permanente pode ser projetado com alto torque de partida (mais de 3 vezes) e alta capacidade de sobrecarga conforme necessário, resolvendo assim o fenômeno de "cavalo grande puxando carroça pequena";

d. A corrente reativa do motor assíncrono comum é geralmente cerca de 0,5-0,7 vezes a corrente nominal. O motor síncrono de ímã permanente Mingteng não precisa de corrente de excitação. A corrente reativa do motor de ímã permanente e do motor assíncrono é cerca de 50% diferente, e a corrente operacional real é cerca de 15% menor que a do motor assíncrono;

e. O motor pode ser projetado para partida direta e as dimensões de instalação externa são as mesmas dos motores assíncronos atualmente amplamente utilizados, que podem substituir totalmente os motores assíncronos;

f. Adicionar um driver pode obter partida suave, parada suave e regulação de velocidade contínua, com boa resposta dinâmica e efeito de economia de energia aprimorado;

g. O motor possui diversas estruturas topológicas, que atendem diretamente aos requisitos fundamentais de equipamentos mecânicos em uma ampla faixa e sob condições extremas;

h. A fim de melhorar a eficiência do sistema, encurtar a cadeia de transmissão e reduzir os custos de manutenção, motores síncronos de ímã permanente de acionamento direto de alta e baixa velocidade podem ser projetados e fabricados para atender aos maiores requisitos dos usuários.

Anhui Mingteng Máquinas Magnéticas Permanentes e Equipamentos Elétricos Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/) foi fundada em 2007. É uma empresa de alta tecnologia especializada em pesquisa e desenvolvimento, produção e vendas de motores síncronos de ímã permanente de ultra-alta eficiência. A empresa usa teoria moderna de design de motor, software de design profissional e programa de design de motor de ímã permanente autodesenvolvido para simular o campo eletromagnético, campo de fluido, campo de temperatura, campo de tensão, etc. do motor de ímã permanente, otimizar a estrutura do circuito magnético, melhorar o nível de eficiência energética do motor e, fundamentalmente, garantir o uso confiável do motor de ímã permanente.

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