Di mana arah pengembangan motor sinkron magnet permanen?

Di mana arah pengembangan motor sinkron magnet permanen? Analisis tren teknologi dan pengembangan saat ini

Pengembangan bahan magnet permanen bumi jarang pada tahun 1970 -an menyebabkan munculnya motor magnet permanen bumi jarang. Motor ini menggunakan magnet tanah jarang untuk eksitasi, yang menghasilkan medan magnet permanen saat magnetisasi. Dengan kinerja eksitasi yang unggul, mereka mengungguli motor elektrik yang bersemangat secara elektrik dalam stabilitas, kualitas, dan pengurangan kerugian, sehingga membentuk kembali pasar motor tradisional.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan cepat sains dan teknologi modern, kinerja dan proses bahan elektromagnetik, terutama bahan elektromagnetik tanah jarang telah ditingkatkan secara bertahap, ditambah dengan perkembangan cepat elektronik daya dan teknologi transmisi daya, teknologi kontrol otomatis, kinerja motor sinkron magnet permanen semakin baik dan lebih baik.

Selain itu, motor sinkron magnet permanen memiliki keunggulan ringan, struktur sederhana, ukuran kecil, karakteristik yang baik dan kepadatan daya tinggi. Banyak lembaga dan perusahaan penelitian ilmiah secara aktif melakukan penelitian dan pengembangan motor sinkron magnet permanen, dan bidang aplikasinya akan diperluas lebih lanjut.

Status Pengembangan dan Penelitian

1. Dasar Pengembangan Motor Sinkron Magnet Permanen

① Penerapan bahan magnet permanen jarang bumi berkinerja tinggi

Bahan magnet permanen tanah jarang telah berevolusi melalui tiga tahap perkembangan: SMCO5, SM2CO17, dan ND2FE14B. Saat ini, magnet Neodymium Iron Boron (NDFEB) menonjol sebagai tipe yang paling banyak digunakan karena kinerja magnetik superiornya. Kemajuan magnet permanen telah mendorong kemajuan yang signifikan dalam motor magnet permanen. Tidak seperti motor induksi tiga fase tradisional yang tereksitasi secara elektrik, motor ini menghilangkan kebutuhan akan kutub tereksitasi elektrik, menyederhanakan desain struktural, dan menghilangkan cincin dan sikat slip rotor. Inovasi ini memungkinkan operasi sikat, mengurangi ukuran rotor, meningkatkan kepadatan daya dan kepadatan torsi, meningkatkan efisiensi energi, dan memungkinkan motor menjadi lebih kompak dan ringan. Kemajuan ini telah memperluas ruang lingkup aplikasi mereka dan mempercepat pengembangan motor listrik berdaya lebih tinggi.

② Penerapan teori kontrol baru

Dalam beberapa tahun terakhir, algoritma kontrol telah melihat perkembangan yang cepat. Di antara mereka, algoritma kontrol vektor secara fundamental menyelesaikan masalah strategi drive untuk motor AC, memungkinkan mereka untuk mencapai kinerja kontrol yang sangat baik. Munculnya kontrol torsi langsung telah menyederhanakan struktur kontrol sambil menunjukkan kemampuan beradaptasi yang kuat terhadap variasi parameter dan respons torsi dinamis yang cepat. Teknologi kontrol torsi tidak langsung membahas masalah denyut nadi torsi yang signifikan pada kecepatan rendah dalam kontrol torsi langsung, sehingga meningkatkan kecepatan motor dan akurasi kontrol.

③ Aplikasi elektronik dan prosesor daya berkinerja tinggi

Elektronik daya modern berfungsi sebagai antarmuka vital antara industri informasi dan sektor tradisional, bertindak sebagai jembatan antara sistem tegangan rendah dan aplikasi tegangan tinggi terkontrol. Kemajuan elektronik daya telah memungkinkan implementasi strategi kontrol drive. Sebagai contoh, tahun 1970-an menyaksikan munculnya konverter frekuensi universal yang dapat mengubah catu daya frekuensi industri menjadi sumber daya frekuensi yang dapat disesuaikan secara terus menerus, sehingga menciptakan kondisi untuk konversi frekuensi AC dan regulasi kecepatan. Konverter frekuensi ini menampilkan kemampuan awal soft-start setelah pengaturan frekuensi, memungkinkan akselerasi bertahap dari nol ke frekuensi target pada tingkat yang telah ditentukan. Laju akselerasi dapat terus disesuaikan di berbagai macam, secara efektif menyelesaikan tantangan startup motor sinkron.

2. Status pengembangan motor sinkron magnet permanen di rumah dan luar negeri

Motor pertama dalam sejarah adalah motor magnet permanen. Pada saat itu, kinerja bahan magnet permanen relatif buruk, dan koersivitas dan remanensi magnet permanen terlalu rendah, sehingga segera digantikan oleh motor yang tereksitasi secara elektrik.

Pada tahun 1970-an, bahan magnet permanen langka-earth seperti Neodymium Iron Boron (NDFEB) menjadi terkenal karena koersivitas yang luar biasa, remanensi, kemampuan demagnetisasi yang kuat, dan produk energi magnetik yang tinggi. Sifat-sifat ini mendorong motor sinkron magnet permanen daya tinggi ke panggung historis. Saat ini, penelitian tentang motor sinkron magnet permanen telah matang secara signifikan, maju menuju kecepatan yang lebih tinggi, torsi yang lebih besar, output daya yang lebih tinggi, peningkatan efisiensi, serta miniaturisasi dan pengembangan cerdas.

Dalam beberapa tahun terakhir, motor sinkron magnet permanen kelas atas telah muncul di industri ini. Contoh penting adalah motor enam fase 230R/min/1095kW yang dikembangkan oleh Jerman Siemens pada tahun 1986. Ketika digunakan untuk memberi daya pada kapal angkatan laut, desain canggih ini mengurangi ukuran motor hampir 60% dibandingkan dengan motor DC tradisional sementara memotong kehilangan energi sekitar 20%. Selain itu, perusahaan Swiss ABB telah membangun motor sinkron magnet permanen untuk penggerak kapal dengan kapasitas terpasang maksimum 38MW.

Penelitian tentang motor magnet permanen dimulai di akhir Cina, tetapi dengan investasi yang kuat dari para sarjana domestik dan pemerintah, telah berkembang dengan cepat. Saat ini, Cina telah mengembangkan dan menghasilkan generator angin magnet permanen berkecepatan tinggi 3MW, dan CRRC Zhuzhou Company juga mengembangkan motor magnet permanen yang lebih kuat.

Dengan pengembangan teknologi komputer mikro dan teknologi kontrol otomatis, motor sinkron magnet permanen telah banyak digunakan di berbagai bidang. Sekarang, karena kemajuan sosial, persyaratan orang untuk motor sinkron magnet permanen menjadi lebih menuntut, mendorong pengembangan motor magnet permanen untuk memiliki rentang regulasi kecepatan yang lebih besar dan kontrol presisi yang lebih tinggi.

Karena peningkatan teknologi produksi, bahan magnet permanen berkinerja tinggi telah dikembangkan lebih lanjut. Ini membuat biayanya sangat berkurang dan diterapkan secara bertahap di berbagai bidang kehidupan.

 Teknologi Saat Ini

1. Teknologi Desain Motor Sinkron Permanen Magnet

Dibandingkan dengan motor yang tereksitasi secara elektrik konvensional, motor sinkron magnet permanen menghilangkan kebutuhan untuk belitan eksitasi, cincin kolektor, dan lemari eksitasi. Desain ini tidak hanya secara signifikan meningkatkan stabilitas dan keandalan tetapi juga mencapai peningkatan efisiensi yang substansial. Secara khusus, motor magnet permanen bawaan menunjukkan keunggulan seperti efisiensi tinggi, faktor daya superior, kepadatan daya tinggi per unit, kemampuan akselerasi kecepatan tegangan rendah yang kuat, dan respons dinamis yang cepat, menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi drive. Namun, magnet permanen memberikan seluruh medan magnet eksitasi, yang meningkatkan torsi penghubung dan akibatnya menyebabkan getaran motor dan kebisingan selama operasi. Torsi Cogging yang berlebihan dapat membahayakan kinerja kecepatan rendah dari sistem kontrol kecepatan dan kemampuan penentuan posisi presisi tinggi dari sistem kontrol posisi. Oleh karena itu, desain motor harus memprioritaskan komponen yang mengoptimalkan untuk meminimalkan torsi cogging.

Penelitian menunjukkan bahwa metode umum untuk mengurangi torsi slot gigi termasuk memodifikasi koefisien busur tiang, mengurangi lebar slot stator, menerapkan slot miring dan koordinasi slot tiang, serta menyesuaikan posisi tiang magnet, dimensi, dan bentuk. Namun, penting untuk dicatat bahwa langkah -langkah ini dapat mempengaruhi karakteristik kinerja motorik lainnya, seperti torsi elektromagnetik yang berpotensi berkurang. Oleh karena itu, selama desain, insinyur harus berusaha menyeimbangkan semua faktor untuk mencapai kinerja motor yang optimal.

2.Teknologi Simulasi Motor Sinkron Magnet Permanen

Kehadiran magnet permanen dalam motor magnet permanen menghadirkan tantangan bagi desainer ketika menghitung parameter seperti permeabilitas kebocoran tanpa beban dan koefisien busur tiang. Perangkat lunak analisis elemen hingga biasanya digunakan untuk mengoptimalkan parameter motor ini. Perangkat lunak ini memungkinkan perhitungan parameter yang sangat akurat, dan aplikasinya dalam menganalisis bagaimana parameter motor memengaruhi hasil kinerja hasil yang andal.

Metode perhitungan elemen hingga memberikan pendekatan yang lebih nyaman, efisien, dan akurat untuk menganalisis medan elektromagnetik dalam motor. Sebagai metode numerik yang dikembangkan dari metode perbedaan yang terbatas, telah banyak diadopsi di seluruh disiplin ilmu dan teknik. Proses ini melibatkan secara matematis mendiskritisasi domain solusi kontinu menjadi elemen diskrit, diikuti oleh interpolasi piecewise dalam setiap elemen untuk membentuk fungsi interpolasi linier (yaitu, fungsi perkiraan). Melalui analisis simulasi elemen hingga, kita dapat secara visual mengamati pola garis fluks magnetik dan distribusi kepadatan fluks dalam interior motorik.

3. Teknologi Kontrol Motor Sinkron Magnet Permanen

Meningkatkan kinerja sistem drive motor sama pentingnya untuk pengembangan kontrol industri. Teknologi ini mengoptimalkan kinerja sistem melalui karakteristik fundamentalnya: memberikan torsi tinggi selama akselerasi cepat dan akselerasi stasioner dalam kondisi berkecepatan rendah, sambil memungkinkan regulasi kecepatan daya konstan jarak luas dengan kecepatan tinggi. Tabel 1 memberikan perbandingan metrik kinerja motorik utama.

Motor magnet permanen menunjukkan keandalan yang luar biasa, rentang regulasi kecepatan yang luas, dan efisiensi tinggi. Saat dipasangkan dengan metode kontrol yang tepat, seluruh sistem motor dapat mencapai kinerja yang optimal. Oleh karena itu, memilih algoritma kontrol yang sesuai untuk regulasi kecepatan yang efisien memungkinkan sistem penggerak motor untuk beroperasi secara efektif di seluruh rentang kecepatan yang luas dan zona daya konstan. Metode kontrol vektor secara luas diadopsi dalam algoritma regulasi kecepatan motor magnet permanen karena keunggulannya termasuk rentang kontrol kecepatan yang luas, efisiensi tinggi, keandalan, stabilitas, dan efektivitas biaya. Metode -metode ini secara luas digunakan dalam drive motor, sistem transit kereta api, dan aplikasi servo alat mesin. Skenario aplikasi yang berbeda memerlukan strategi kontrol vektor saat ini yang sesuai.

Fitur dan klasifikasi

1.Karakteristik motor sinkron magnet permanen

Motor sinkron magnet permanen memiliki struktur sederhana, kehilangan energi rendah, dan faktor daya tinggi. Tidak seperti motor tereksitasi elektrik yang membutuhkan kuas dan komutator, mereka menghilangkan kebutuhan akan arus eksitasi reaktif. Desain ini mengurangi kerugian arus dan resistansi stator, menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi, torsi eksitasi yang lebih besar, dan kinerja kontrol yang unggul. Namun, mereka menghadapi tantangan seperti biaya tinggi dan mekanisme awal yang sulit. Dengan kemajuan dalam teknologi kontrol motorik-sistem kontrol vektor terutama-motor sinkron magnet permanen sekarang memungkinkan regulasi kecepatan luas, respons dinamis yang cepat, dan kontrol penentuan posisi presisi tinggi. Kemampuan ini mendorong peningkatan upaya penelitian di berbagai bidang.

2. Klasifikasi motor sinkron magnet permanen

① Menurut berbagai pembagian formasi gelombang medan magnet rotor

Karena berbagai bentuk magnet rotor dalam motor sinkron magnet permanen, bentuk gelombang yang dibentuk oleh distribusi spasial medan magnet rotor juga bervariasi. Secara konvensional, mereka dibagi menjadi dua jenis: sistem kontrol kecepatan motor sinkron magnet magnet sinusoidal (di mana rotor menghasilkan gaya elektromotif punggung sinusoidal pada stator) dan motor DC tanpa sikat (BLDCM), di mana rotor menghasilkan gaya elektromotif belakang trapesium pada stator.

② Menurut struktur spasial yang berbeda dari magnet permanen di rotor

Motor sinkron magnet permanen diklasifikasikan menjadi tipe yang dipasang di permukaan dan bawaan berdasarkan pengaturan spasial magnet permanen dalam rotor. Model yang dipasang di permukaan memiliki magnet berbentuk ubin yang melekat erat ke permukaan luar inti rotor. Karakteristik utama dari motor ini adalah bahwa nilai induktansi untuk sumbu langsung dan konfigurasi sumbu bergantian tetap identik.

Dalam motor magnet permanen bawaan, magnet permanen ditempatkan di dalam inti rotor. Antara permukaan luar magnet ini dan keliling bagian dalam inti stator, ada sepatu tiang yang terbuat dari bahan feromagnetik. Sepatu tiang ini berfungsi untuk memusatkan fluks magnetik, sehingga meningkatkan kepadatan magnetik celah udara dan meningkatkan bentuk gelombang medan magnet celah udara tanpa beban. Fitur utama dari jenis motor magnet permanen ini adalah konfigurasi asimetris antara sumbu langsung dan sirkuit magnetik sumbu-bolak-balik.

Kinerja kedua motor ini berbeda. Dibandingkan dengan motor magnet permanen permukaan, motor magnet permanen bawaan memiliki keunggulan kemampuan ekspansi kecepatan magnetik yang lemah, respons dinamis yang cepat dan torsi miring kecil.

Tren pengembangan motor sinkron magnet permanen

1. Motor DC Magnet Magnet Permanent (BLDCM)

Sejak 1980 -an, teknologi kontrol - terutama strategi teori kontrol - telah melihat perkembangan yang cepat. Pendekatan lanjutan seperti kontrol mode geser dan kontrol struktur variabel sekarang diintegrasikan ke dalam pengontrol untuk motor magnet magnet permanen. Kemajuan ini telah membuka jalan bagi sistem kinerja tinggi untuk berkembang menjadi solusi yang cerdas, fleksibel, dan sepenuhnya digital. Ketika standar hidup terus meningkat dan kesadaran perlindungan lingkungan tumbuh, adopsi sistem motor berkinerja tinggi telah menjadi tren yang tak terhindarkan dalam industri motor. Sistem ini juga diharapkan untuk melihat aplikasi yang lebih luas di sektor motor kecil seperti kendaraan listrik dan peralatan rumah tangga di tahun -tahun mendatang.

2. Tren Pengembangan PMSM

Sistem PMSM Servo akan berkembang dalam dua arah karena bidang teknologi dan aplikasinya sendiri:

① Sistem servo sederhana dan berbiaya rendah di bidang peralatan otomatisasi kantor, peralatan mesin CNC sederhana, peralatan periferal komputer, peralatan rumah tangga dan kontrol gerak industri dengan persyaratan kinerja rendah;

② Peralatan mesin CNC presisi tinggi, robot, drive umpan presisi untuk peralatan pemrosesan khusus, serta sistem servo digital, cerdas, dan fleksibel dengan kinerja tinggi untuk penerbangan dan kedirgantaraan. Yang terakhir dapat mencerminkan keunggulan sistem servo dan akan menjadi arah utama pengembangan di masa depan.

Klasifikasi metode desain untuk motor sinkron magnet permanen

1. Metode Sirkuit Magnetik ：
Medan magnet yang tidak seragam dalam motor dapat dimodelkan secara setara sebagai sirkuit magnetik yang sesuai, mengubah perhitungan medan magnet menjadi perhitungan sirkuit magnetik. Namun, karena perhitungan sirkuit magnetik yang setara menggunakan banyak koefisien koreksi, nilai yang tepat tidak dapat ditentukan secara teoritis. Oleh karena itu, data empiris biasanya digunakan. Jika desain awal gagal memenuhi persyaratan, desainer harus mengkalibrasi ulang nilai koreksi dan menghitung ulang hasilnya.

2. Metode Elemen Hingga ：
Untuk memastikan perhitungan yang akurat, analisis medan elektromagnetik sangat penting, termasuk faktor -faktor seperti konfigurasi tiang magnet permanen dan demagnetisasi lokal. Memanfaatkan perangkat lunak analisis elemen hingga untuk perhitungan numerik telah secara signifikan mengurangi biaya pengembangan produk sambil memberikan data yang tepat untuk optimasi motorik. Kemajuan dalam daya komputasi telah memungkinkan evolusi berbagai metode analitik dalam komputasi numerik medan elektromagnetik. Metode elemen hingga pada dasarnya mengubah masalah menjadi sistem yang dapat dipecahkan secara struktural, mengidealkan sistem kontinu dengan derajat kebebasan yang tak terbatas menjadi set sel unit yang terbatas. Saat ini, ANSYS berdiri sebagai perangkat lunak simulasi elemen hingga yang paling banyak digunakan, yang mampu melakukan simulasi sambungan komprehensif untuk seluruh sistem motor.

3. Metode Kombinasi Jalan Lapangan ：

Sementara metode sirkuit magnetik menawarkan kecepatan komputasi yang cepat, ia tidak memiliki ketepatan. Meskipun metode berbasis komputer memberikan akurasi tinggi, mereka intensif secara komputasi dan membutuhkan perangkat keras canggih. Dengan mengintegrasikan analisis elemen hingga dengan teknik sirkuit magnetik tradisional dalam perhitungan numerik motorik elektromagnetik, kami dapat meningkatkan efisiensi dan akurasi komputasi - pendekatan praktis dengan nilai yang signifikan untuk desain parameter motor. Metodologi integrasi sirkuit lapangan mengikuti proses tiga langkah: pertama, model geometris didirikan secara awal menggunakan perhitungan sirkuit magnetik. Selanjutnya, analisis elemen hingga diterapkan untuk secara akurat menentukan koefisien yang membutuhkan koreksi dalam metode sirkuit magnetik yang setara.