Im Vergleich zu herkömmlichen Elektroerregermotoren zeichnen sich Permanentmagnetmotoren, insbesondere Seltenerd-Permanentmagnetmotoren, durch einen einfachen Aufbau und einen zuverlässigen Betrieb aus.Kleines Volumen und geringes Gewicht;Geringer Verlust und hoher Wirkungsgrad;Die Form und Größe des Motors kann flexibel und vielfältig sein.Daher ist das Anwendungsspektrum äußerst breit und erstreckt sich nahezu über alle Bereiche der Luft- und Raumfahrt, der Landesverteidigung, der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion sowie des täglichen Lebens.Im Folgenden werden die Hauptmerkmale und Anwendungen einiger typischer Permanentmagnetmotoren vorgestellt.
1. Im Vergleich zu herkömmlichen Generatoren benötigen Seltenerd-Permanentmagnet-Synchrongeneratoren keine Schleifringe und Bürstenvorrichtungen, sind einfach aufgebaut und weisen eine geringere Ausfallrate auf.Der Seltenerd-Permanentmagnet kann außerdem die magnetische Luftspaltdichte erhöhen, die Motordrehzahl auf den optimalen Wert erhöhen und das Leistungs-Masse-Verhältnis verbessern.Seltenerd-Permanentmagnetgeneratoren werden fast ausschließlich in modernen Generatoren für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt.Typische Produkte sind 150 kVA 14-polige 12.000 U/min ~ 21.000 U/min und 100 kVA 60.000 U/min Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnet-Synchrongeneratoren, hergestellt von der General Electric Company of America.Der erste in China entwickelte Seltenerd-Permanentmagnetmotor ist ein Permanentmagnetgenerator mit 3 kW und 20.000 U/min.
Permanentmagnetgeneratoren werden auch als Hilfserreger für große Turbogeneratoren eingesetzt.In den 1980er Jahren entwickelte China erfolgreich den weltweit größten Seltenerd-Permanentmagnet-Hilfserreger mit einer Leistung von 40 kVA bis 160 kVA und ausgestattet mit 200 MW bis 600 MW Turbogeneratoren, was die Zuverlässigkeit des Kraftwerksbetriebs erheblich verbesserte.
Gegenwärtig werden nach und nach kleine Generatoren mit Verbrennungsmotorantrieb, Permanentmagnetgeneratoren für Fahrzeuge und kleine Permanentmagnet-Windgeneratoren, die direkt von Windrädern angetrieben werden, immer beliebter.
2. Hocheffizienter Permanentmagnet-Synchronmotor. Im Vergleich zum Induktionsmotor benötigt der Permanentmagnet-Synchronmotor keinen reaktiven Erregerstrom, was den Leistungsfaktor erheblich verbessern kann (bis zu 1 oder sogar kapazitiv), den Statorstrom und den Statorwiderstandsverlust reduzieren kann. und im stabilen Betrieb kommt es zu keinem Rotorkupferverlust, wodurch der Lüfter (ein Motor mit geringer Leistung kann den Lüfter sogar entfernen) und der entsprechende Windreibungsverlust reduziert werden.Im Vergleich zu einem Induktionsmotor gleicher Spezifikation kann der Wirkungsgrad um 2 bis 8 Prozentpunkte gesteigert werden.Darüber hinaus kann der Permanentmagnet-Synchronmotor einen hohen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor im Nennlastbereich von 25 % bis 120 % beibehalten, wodurch der Energiespareffekt bei Betrieb unter geringer Last deutlicher wird.Im Allgemeinen ist dieser Motortyp mit einer Startwicklung am Rotor ausgestattet, die bei einer bestimmten Frequenz und Spannung direkt starten kann.Derzeit wird es hauptsächlich in Ölfeldern, Textil- und Chemiefaserindustrien, Keramik- und Glasindustrien, Ventilatoren und Pumpen mit langer Jahresbetriebszeit usw. eingesetzt.
Der von unserem Land unabhängig entwickelte NdFeB-Permanentmagnet-Synchronmotor mit hohem Wirkungsgrad und hohem Anlaufdrehmoment kann das Problem des „großen Pferdewagens“ bei Ölfeldanwendungen lösen.Das Anlaufdrehmoment ist 50 % bis 100 % größer als das des Induktionsmotors, der den Induktionsmotor mit einer größeren Basiszahl ersetzen kann, und die Energieeinsparungsrate beträgt etwa 20 %.
In der Textilindustrie ist das Lastträgheitsmoment groß, was ein hohes Zugmoment erfordert.Eine vernünftige Auslegung des Leerlaufleckkoeffizienten, des ausgeprägten Polverhältnisses, des Rotorwiderstands, der Permanentmagnetgröße und der Statorwicklungswindungen eines Permanentmagnet-Synchronmotors kann die Traktionsleistung des Permanentmagnetmotors verbessern und seine Anwendung in neuen Textil- und Chemiefaserindustrien fördern.
Die in Großkraftwerken, Bergwerken, Erdöl-, Chemie- und anderen Industriezweigen eingesetzten Ventilatoren und Pumpen sind große Energieverbraucher, doch der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor der derzeit verwendeten Motoren sind gering.Der Einsatz von NdFeB-Permanentmagneten verbessert nicht nur die Effizienz und den Leistungsfaktor, spart Energie, sondern verfügt auch über eine bürstenlose Struktur, was die Betriebszuverlässigkeit verbessert.Derzeit ist 1 120-kW-Permanentmagnet-Synchronmotor der weltweit leistungsstärkste asynchrone Start-Permanentmagnetmotor mit hohem Wirkungsgrad und seltenen Erden.Sein Wirkungsgrad liegt über 96,5 % (der gleiche Wirkungsgrad des Motors liegt bei 95 %), und sein Leistungsfaktor beträgt 0,94, was den normalen Motor mit einer um 1 bis 2 Leistungsstufen höheren Leistung ersetzen kann.
3. Wechselstrom-Servo-Permanentmagnetmotoren und bürstenlose Gleichstrom-Permanentmagnetmotoren verwenden jetzt immer häufiger eine Stromversorgung mit variabler Frequenz und einen Wechselstrommotor, um ein Wechselstrom-Geschwindigkeitsregelsystem anstelle eines Gleichstrommotor-Geschwindigkeitsregelsystems zu bilden.Bei Wechselstrommotoren bleibt die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors während des stabilen Betriebs in einem konstanten Verhältnis zur Frequenz der Stromversorgung, sodass er direkt in einem Drehzahlregelsystem mit variabler Frequenz im offenen Regelkreis verwendet werden kann.Diese Art von Motor wird normalerweise durch die allmähliche Erhöhung der Frequenz des Frequenzumrichters gestartet.Es ist nicht erforderlich, die Startwicklung am Rotor anzubringen, und die Bürste und der Kommutator entfallen, sodass die Wartung bequem ist.
Der selbstsynchrone Permanentmagnetmotor besteht aus einem Permanentmagnet-Synchronmotor, der von einem Frequenzumrichter angetrieben wird, und einem geschlossenen Regelsystem für die Rotorposition, das nicht nur eine hervorragende Drehzahlregulierungsleistung eines elektrisch erregten Gleichstrommotors aufweist, sondern auch bürstenlos arbeitet.Es wird hauptsächlich in Fällen mit hoher Steuerungsgenauigkeit und -zuverlässigkeit eingesetzt, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, bei CNC-Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren, Robotern, Elektrofahrzeugen, Computerperipheriegeräten usw.
Derzeit wurden der NdFeB-Permanentmagnet-Synchronmotor und das Antriebssystem mit großem Drehzahlbereich und Gao Heng-Leistungsdrehzahlverhältnis mit einem Drehzahlverhältnis von 1:22.500 und einer Grenzdrehzahl von 9.000 U/min entwickelt.Die Eigenschaften von Permanentmagnetmotoren mit hohem Wirkungsgrad, geringer Vibration, geringem Geräuschpegel und hoher Drehmomentdichte sind die idealsten Motoren für Elektrofahrzeuge, Werkzeugmaschinen und andere Antriebsgeräte.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung des Lebensstandards der Menschen werden die Anforderungen an Haushaltsgeräte immer höher.Beispielsweise ist die Haushaltsklimaanlage nicht nur ein großer Stromverbraucher, sondern auch die Hauptgeräuschquelle.Der Entwicklungstrend besteht darin, einen bürstenlosen Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit stufenloser Geschwindigkeitsregelung zu verwenden.Es kann sich entsprechend der Änderung der Raumtemperatur automatisch auf eine geeignete Geschwindigkeit einstellen und über einen langen Zeitraum laufen, wodurch Geräusche und Vibrationen reduziert werden, wodurch sich die Menschen wohler fühlen und im Vergleich zu einer Klimaanlage ohne Geschwindigkeitsregelung 1/3 Strom gespart wird.Andere Kühlschränke, Waschmaschinen, Staubabscheider, Ventilatoren usw. werden nach und nach auf bürstenlose Gleichstrommotoren umgestellt.
4. Permanentmagnet-Gleichstrommotor Der Gleichstrommotor verwendet eine Permanentmagneterregung, die nicht nur die guten Geschwindigkeitsregulierungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften eines elektrisch erregten Gleichstrommotors beibehält, sondern auch die Eigenschaften einer einfachen Struktur und Technologie, eines kleinen Volumens, eines geringen Kupferverbrauchs und eines hohen Kupferverbrauchs aufweist Wirkungsgrad usw., da Erregerwicklung und Erregerverlust entfallen.Daher werden Permanentmagnet-Gleichstrommotoren häufig in Haushaltsgeräten, tragbaren elektronischen Geräten und Elektrowerkzeugen bis hin zu präzisen Geschwindigkeits- und Positionsübertragungssystemen eingesetzt, die eine gute dynamische Leistung erfordern.Unter den Mikro-Gleichstrommotoren unter 50 W machen Permanentmagnetmotoren 92 % aus, während Motoren unter 10 W über 99 % ausmachen.
Derzeit entwickelt sich Chinas Automobilindustrie rasant und die Automobilindustrie ist der größte Nutzer von Permanentmagnetmotoren, den Schlüsselkomponenten von Automobilen.In einem Luxusauto gibt es mehr als 70 Motoren mit unterschiedlichen Zwecken, die meisten davon sind Niederspannungs-Permanentmagnet-Gleichstrom-Mikromotoren.Wenn NdFeB-Permanentmagnete und Planetengetriebe in Anlassermotoren für Autos und Motorräder verwendet werden, kann die Qualität der Anlassermotoren um die Hälfte reduziert werden.
Klassifizierung von Permanentmagnetmotoren
Es gibt viele Arten von Permanentmagneten.Entsprechend der Funktion des Motors kann er grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Permanentmagnetgenerator und Permanentmagnetmotor.
Permanentmagnetmotoren können in Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und Permanentmagnet-Wechselstrommotoren unterteilt werden.Der Permanentmagnet-Wechselstrommotor bezieht sich auf den Mehrphasen-Synchronmotor mit Permanentmagnet-Rotor und wird daher oft als Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) bezeichnet.
Permanentmagnet-Gleichstrommotoren können in bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren (BLDCM) unterteilt werden, wenn sie danach klassifiziert werden, ob elektrische Schalter oder Kommutatoren vorhanden sind.
Heutzutage entwickeln sich Theorie und Technologie der modernen Leistungselektronik weltweit stark weiter.Mit dem Aufkommen leistungselektronischer Geräte wie MOSFET, IGBT und MCT haben sich die Steuergeräte grundlegend verändert.Seit F. Blaceke 1971 das Prinzip der Vektorsteuerung von Wechselstrommotoren vorstellte, hat die Entwicklung der Vektorsteuerungstechnologie eine neue Ära der AC-Servoantriebssteuerung eingeleitet, und verschiedene Hochleistungs-Mikroprozessoren wurden kontinuierlich auf den Markt gebracht, was die Entwicklung weiter beschleunigte eines AC-Servosystems anstelle eines DC-Servosystems.Es ist ein unvermeidlicher Trend, dass das AC-I-Servosystem das DC-Servosystem ersetzt.Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) mit sinusförmiger Gegen-EMK und bürstenloser Gleichstrommotor (BLIX~) mit trapezförmiger Gegen-EMK werden jedoch aufgrund ihrer hervorragenden Leistung sicherlich zum Mainstream bei der Entwicklung von Hochleistungs-AC-Servosystemen werden.