مع تطور المواد الأرضية النادرة ذات المغناطيس الدائم في السبعينيات، ظهرت محركات المغناطيس الدائم للأتربة النادرة إلى حيز الوجود. تستخدم المحركات ذات المغناطيس الدائم مغناطيسات أرضية نادرة للإثارة، ويمكن للمغناطيس الدائم توليد مجالات مغناطيسية دائمة بعد مغنطتها. أداء الإثارة ممتاز، وهو متفوق على محركات الإثارة الكهربائية من حيث الاستقرار والجودة وتقليل الخسارة، الأمر الذي هز سوق المحركات التقليدية.

في السنوات الأخيرة، مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا الحديثة، تم تدريجيا تحسين أداء وتكنولوجيا المواد الكهرومغناطيسية، وخاصة المواد الكهرومغناطيسية الأرضية النادرة. إلى جانب التطور السريع لإلكترونيات الطاقة وتكنولوجيا نقل الطاقة وتكنولوجيا التحكم الآلي، أصبح أداء المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أفضل وأفضل.

علاوة على ذلك، تتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بمزايا الوزن الخفيف، الهيكل البسيط، الحجم الصغير، الخصائص الجيدة وكثافة الطاقة العالية. تقوم العديد من مؤسسات ومؤسسات البحث العلمي بنشاط بالبحث والتطوير للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، وسيتم توسيع مجالات تطبيقها بشكل أكبر.

1. أساس تطوير محرك متزامن المغناطيس الدائم

أ.تطبيق المواد المغناطيسية الأرضية النادرة عالية الأداء

لقد مرت المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة بثلاث مراحل: SmCo5، وSm2Co17، وNd2Fe14B. حاليًا، أصبحت مواد المغناطيس الدائم التي يمثلها NdFeB هي النوع الأكثر استخدامًا على نطاق واسع من مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة نظرًا لخصائصها المغناطيسية الممتازة. أدى تطوير المواد ذات المغناطيس الدائم إلى تطوير محركات المغناطيس الدائم.

بالمقارنة مع المحرك التعريفي التقليدي ثلاثي الطور مع الإثارة الكهربائية، فإن المغناطيس الدائم يحل محل عمود الإثارة الكهربائية، ويبسط الهيكل، ويزيل حلقة الانزلاق وفرشاة الدوار، ويحقق الهيكل بدون فرش، ويقلل حجم الدوار. يؤدي ذلك إلى تحسين كثافة الطاقة وكثافة عزم الدوران وكفاءة عمل المحرك، ويجعل المحرك أصغر حجمًا وأخف وزنًا، مما يزيد من توسيع مجال تطبيقه ويعزز تطوير المحركات الكهربائية نحو طاقة أعلى.

ب.تطبيق نظرية التحكم الجديدة

في السنوات الأخيرة، تطورت خوارزميات التحكم بسرعة. من بينها، حلت خوارزميات التحكم في المتجهات مشكلة إستراتيجية القيادة لمحركات التيار المتردد من حيث المبدأ، مما يجعل محركات التيار المتردد تتمتع بأداء تحكم جيد. إن ظهور التحكم المباشر في عزم الدوران يجعل هيكل التحكم أكثر بساطة، ويتميز بخصائص أداء الدائرة القوي لتغييرات المعلمات وسرعة الاستجابة الديناميكية السريعة لعزم الدوران. تحل تقنية التحكم في عزم الدوران غير المباشر مشكلة نبض عزم الدوران الكبير لعزم الدوران المباشر عند السرعة المنخفضة، وتحسن سرعة ودقة التحكم في المحرك.

ج.تطبيق الأجهزة والمعالجات الإلكترونية عالية الأداء

تعد تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة الحديثة واجهة مهمة بين صناعة المعلومات والصناعات التقليدية، وجسرًا بين التيار الضعيف والتيار القوي المتحكم فيه. يتيح تطوير تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة إمكانية تحقيق استراتيجيات التحكم في القيادة.

في السبعينيات، ظهرت سلسلة من محولات الأغراض العامة، والتي يمكنها تحويل طاقة التردد الصناعي إلى طاقة تردد متغير مع تردد قابل للتعديل باستمرار، وبالتالي خلق الظروف لتنظيم سرعة التردد المتغير لطاقة التيار المتردد. تتمتع هذه العاكسات بقدرة البدء الناعم بعد ضبط التردد، ويمكن أن يرتفع التردد من الصفر إلى التردد المحدد بمعدل معين، ويمكن تعديل معدل الارتفاع بشكل مستمر ضمن نطاق واسع، مما يحل مشكلة بدء المحركات المتزامنة.

2. حالة تطوير المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم في الداخل والخارج

أول محرك في التاريخ كان محرك ذو مغناطيس دائم. في ذلك الوقت، كان أداء المواد ذات المغناطيس الدائم ضعيفًا نسبيًا، وكانت القوة القسرية وبقاء المغناطيس الدائم منخفضة جدًا، لذلك تم استبدالها قريبًا بمحركات الإثارة الكهربائية.

في سبعينيات القرن العشرين، كانت المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة التي يمثلها NdFeB تتمتع بقوة قسرية كبيرة، وثبات، وقدرة قوية على إزالة المغناطيسية ومنتج طاقة مغناطيسي كبير، مما جعل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم عالية الطاقة تظهر على مسرح التاريخ. الآن، أصبح البحث عن المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أكثر نضجًا، ويتطور نحو السرعة العالية، وعزم الدوران العالي، والطاقة العالية، والكفاءة العالية.

في السنوات الأخيرة، بفضل الاستثمار القوي للباحثين المحليين والحكومة، تطورت المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بسرعة. مع تطور تكنولوجيا الحواسيب الصغيرة وتكنولوجيا التحكم الآلي، تم استخدام المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم على نطاق واسع في مختلف المجالات. نظرًا لتقدم المجتمع، أصبحت متطلبات الناس للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أكثر صرامة، مما دفع محركات المغناطيس الدائم إلى التطور نحو نطاق تنظيم أكبر للسرعة وتحكم أعلى دقة. بسبب تحسين عمليات الإنتاج الحالية، تم تطوير مواد المغناطيس الدائم عالية الأداء بشكل أكبر. وهذا يقلل بشكل كبير من تكلفته ويطبقه تدريجيًا على مختلف مجالات الحياة.

3. التكنولوجيا الحالية

أ. تقنية تصميم المحرك المتزامن بالمغناطيس الدائم

بالمقارنة مع محركات الإثارة الكهربائية العادية، فإن المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم لا تحتوي على ملفات إثارة كهربائية وحلقات تجميع وخزانات إثارة، مما يحسن بشكل كبير ليس فقط الاستقرار والموثوقية، ولكن أيضًا الكفاءة.

من بينها، تتميز المحركات المغناطيسية الدائمة المدمجة بمزايا الكفاءة العالية، وعامل الطاقة العالي، وكثافة طاقة الوحدة العالية، وقدرة توسيع السرعة المغناطيسية الضعيفة القوية وسرعة الاستجابة الديناميكية السريعة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لقيادة المحركات.

توفر المغناطيسات الدائمة المجال المغناطيسي المثير الكامل لمحركات المغناطيس الدائم، وسيؤدي عزم الدوران المسنن إلى زيادة اهتزاز المحرك وضجيجه أثناء التشغيل. سيؤثر عزم الدوران المفرط على الأداء المنخفض لنظام التحكم في سرعة المحرك والموضع عالي الدقة لنظام التحكم في الموضع. لذلك، عند تصميم المحرك، يجب تقليل عزم الدوران المسنن قدر الإمكان من خلال تحسين المحرك.

وفقًا للبحث، فإن الطرق العامة لتقليل عزم الدوران المسنن تشمل تغيير معامل قوس القطب، وتقليل عرض فتحة الجزء الثابت، ومطابقة فتحة الانحراف وفتحة القطب، وتغيير موضع وحجم وشكل القطب المغناطيسي، وما إلى ذلك. ، تجدر الإشارة إلى أنه عند تقليل عزم الدوران، قد يؤثر ذلك على الأداء الآخر للمحرك، مثل انخفاض عزم الدوران الكهرومغناطيسي وفقًا لذلك. لذلك، عند التصميم، يجب موازنة العوامل المختلفة قدر الإمكان لتحقيق أفضل أداء للمحرك.

ب. تكنولوجيا محاكاة المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم

إن وجود مغناطيس دائم في محركات المغناطيس الدائم يجعل من الصعب على المصممين حساب المعلمات، مثل تصميم معامل تدفق التسرب بدون حمل ومعامل قوس القطب. بشكل عام، يتم استخدام برنامج تحليل العناصر المحدودة لحساب وتحسين معلمات محركات المغناطيس الدائم. يمكن لبرنامج تحليل العناصر المحدودة حساب معلمات المحرك بدقة شديدة، ومن الموثوق جدًا استخدامه لتحليل تأثير معلمات المحرك على الأداء.

إن طريقة حساب العناصر المحدودة تجعل من الأسهل والأسرع والأكثر دقة بالنسبة لنا حساب وتحليل المجال الكهرومغناطيسي للمحركات. هذه طريقة عددية تم تطويرها على أساس طريقة الفرق، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في العلوم والهندسة. استخدم الطرق الرياضية لفصل بعض مجالات الحلول المستمرة إلى مجموعات من الوحدات، ثم قم بإدخالها في كل وحدة. وبهذه الطريقة، يتم تشكيل وظيفة الاستيفاء الخطي، أي يتم محاكاة وتحليل وظيفة تقريبية باستخدام عناصر محدودة، مما يسمح لنا بمراقبة اتجاه خطوط المجال المغناطيسي بشكل حدسي وتوزيع كثافة التدفق المغناطيسي داخل المحرك.

ج. تكنولوجيا التحكم في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم

كما أن تحسين أداء أنظمة قيادة المحركات له أهمية كبيرة في تطوير مجال التحكم الصناعي. إنها تمكن النظام من القيادة بأفضل أداء. تنعكس خصائصها الأساسية في السرعة المنخفضة، خاصة في حالة التشغيل السريع والتسارع الثابت وما إلى ذلك، يمكنها إنتاج عزم دوران كبير؛ وعند القيادة بسرعة عالية، يمكنها تحقيق تحكم ثابت في سرعة الطاقة في نطاق واسع. يقارن الجدول 1 أداء العديد من المحركات الرئيسية.

كما يتبين من الجدول 1، تتمتع المحركات ذات المغناطيس الدائم بموثوقية جيدة ونطاق سرعة واسع وكفاءة عالية. إذا تم دمجه مع طريقة التحكم المقابلة، فإن نظام المحرك بأكمله يمكنه تحقيق أفضل أداء. لذلك، من الضروري تحديد خوارزمية تحكم مناسبة لتحقيق تنظيم فعال للسرعة، بحيث يمكن لنظام قيادة المحرك العمل في منطقة تنظيم سرعة واسعة نسبيًا ونطاق طاقة ثابت.

تُستخدم طريقة التحكم في المتجهات على نطاق واسع في خوارزمية التحكم في سرعة محرك المغناطيس الدائم. إنها تتميز بمزايا نطاق تنظيم السرعة الواسع والكفاءة العالية والموثوقية العالية والاستقرار الجيد والفوائد الاقتصادية الجيدة. يستخدم على نطاق واسع في محرك السيارات والنقل بالسكك الحديدية ومؤازرة الأدوات الآلية. ونظرًا لاختلاف الاستخدامات، فإن استراتيجية مكافحة ناقلات الأمراض المعتمدة حاليًا مختلفة أيضًا.

4. خصائص المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم

يتميز المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ببنية بسيطة وخسارة منخفضة وعامل طاقة مرتفع. بالمقارنة مع محرك الإثارة الكهربائي، نظرًا لعدم وجود فرش ومبدلات وأجهزة أخرى، لا يلزم وجود تيار إثارة تفاعلي، وبالتالي فإن تيار الجزء الثابت وفقدان المقاومة أصغر، والكفاءة أعلى، وعزم دوران الإثارة أكبر، وأداء التحكم هو أفضل. ومع ذلك، هناك عيوب مثل التكلفة العالية وصعوبة البدء. نظرًا لتطبيق تكنولوجيا التحكم في المحركات، وخاصة تطبيق أنظمة التحكم في ناقلات الأمراض، يمكن للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم تحقيق تنظيم واسع النطاق للسرعة، والاستجابة الديناميكية السريعة والتحكم في تحديد المواقع بدقة عالية، وبالتالي فإن المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ستجذب المزيد من الأشخاص لإجراء بحث واسع النطاق.

5. الخصائص التقنية للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم Anhui Mingteng

أ. يتمتع المحرك بعامل طاقة عالي وعامل جودة عالي لشبكة الطاقة. ليس هناك حاجة إلى معوض عامل الطاقة، ويمكن الاستفادة الكاملة من قدرة معدات المحطة الفرعية؛

ب. يتم تحفيز محرك المغناطيس الدائم بواسطة مغناطيس دائم ويعمل بشكل متزامن. لا يوجد نبض للسرعة، ولا تزداد مقاومة خط الأنابيب عند تشغيل المراوح والمضخات؛

ج. يمكن تصميم محرك المغناطيس الدائم بعزم دوران عالي (أكثر من 3 مرات) وقدرة تحميل زائد عالية حسب الحاجة، وبالتالي حل ظاهرة "حصان كبير يسحب عربة صغيرة"؛

د. يبلغ التيار التفاعلي للمحرك غير المتزامن العادي بشكل عام حوالي 0.5-0.7 مرة من التيار المقدر. محرك Mingteng المتزامن ذو المغناطيس الدائم لا يحتاج إلى تيار الإثارة. يختلف التيار التفاعلي للمحرك المغناطيسي الدائم والمحرك غير المتزامن بنسبة 50% تقريبًا، وتيار التشغيل الفعلي أقل بحوالي 15% من المحرك غير المتزامن؛

ه. يمكن تصميم المحرك ليبدأ مباشرة، وأبعاد التثبيت الخارجية هي نفس أبعاد المحركات غير المتزامنة المستخدمة حاليًا على نطاق واسع، والتي يمكن أن تحل محل المحركات غير المتزامنة بالكامل؛

و. يمكن أن تؤدي إضافة السائق إلى تحقيق بداية سلسة، وتوقف سلس، وتنظيم السرعة بدون خطوات، مع استجابة ديناميكية جيدة ومزيد من تأثير توفير الطاقة المحسن؛

ز. يحتوي المحرك على العديد من الهياكل الطوبولوجية، التي تلبي بشكل مباشر المتطلبات الأساسية للمعدات الميكانيكية في نطاق واسع وفي ظل الظروف القاسية؛

ح. من أجل تحسين كفاءة النظام، وتقصير سلسلة النقل، وتقليل تكاليف الصيانة، يمكن تصميم وتصنيع المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات السرعة العالية والمنخفضة ذات الدفع المباشر لتلبية المتطلبات الأعلى للمستخدمين.

شركة انهوى مينجتينج للآلات المغناطيسية الدائمة والمعدات الكهربائية المحدودة (https://www.mingtengmotor.com/) تأسست في عام 2007. وهي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم فائقة الكفاءة. تستخدم الشركة نظرية تصميم المحرك الحديثة وبرامج التصميم الاحترافية وبرنامج تصميم محرك المغناطيس الدائم الذي تم تطويره ذاتيًا لمحاكاة المجال الكهرومغناطيسي، ومجال السوائل، ومجال درجة الحرارة، ومجال الضغط، وما إلى ذلك لمحرك المغناطيس الدائم، وتحسين هيكل الدائرة المغناطيسية، وتحسين مستوى كفاءة الطاقة للمحرك، ويضمن بشكل أساسي الاستخدام الموثوق لمحرك المغناطيس الدائم.

حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة عبارة عن إعادة طبع للرقم العام لـ WeChat "Motor Alliance"، الرابط الأصليhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

هذه المقالة لا تمثل آراء شركتنا. إذا كان لديك آراء أو وجهات نظر مختلفة، يرجى تصحيحنا!