En comparación con los motores de excitación eléctrica tradicionales, los motores de imanes permanentes, especialmente los motores de imanes permanentes de tierras raras, tienen una estructura simple y un funcionamiento confiable.Pequeño volumen y peso ligero;Bajas pérdidas y alta eficiencia;La forma y el tamaño del motor pueden ser flexibles y diversos.Por lo tanto, el rango de aplicación es extremadamente amplio, casi en todos los campos de la industria aeroespacial, la defensa nacional, la producción industrial y agrícola y la vida diaria.A continuación se presentan las principales características y aplicaciones de varios motores de imanes permanentes típicos.
1. En comparación con los generadores tradicionales, los generadores síncronos de imanes permanentes de tierras raras no necesitan anillos colectores ni dispositivos de cepillo, tienen una estructura simple y una tasa de falla reducida.El imán permanente de tierras raras también puede aumentar la densidad magnética del entrehierro, aumentar la velocidad del motor al valor óptimo y mejorar la relación potencia-masa.Casi todos los generadores de imanes permanentes de tierras raras se utilizan en los generadores aeroespaciales y de aviación contemporáneos.Sus productos típicos son generadores síncronos de imanes permanentes de cobalto y tierras raras de 150 kVA, 14 polos, 12 000 r/min ~ 21 000 r/min y 100 kVA 60 000 r/min fabricados por General Electric Company of America.El primer motor de imanes permanentes de tierras raras desarrollado en China es un generador de imanes permanentes de 3 kW y 20 000 r/min.
Los generadores de imanes permanentes también se utilizan como excitadores auxiliares para grandes turbogeneradores.En la década de 1980, China desarrolló con éxito el excitador auxiliar de imanes permanentes de tierras raras más grande del mundo, con una capacidad de 40 kVA ~ 160 kVA y equipado con turbogeneradores de 200 MW ~ 600 MW, lo que mejoró enormemente la confiabilidad del funcionamiento de la central eléctrica.
En la actualidad, poco a poco se están popularizando los pequeños generadores impulsados ​​por motores de combustión interna, los generadores de imanes permanentes para vehículos y los pequeños generadores eólicos de imanes permanentes impulsados ​​directamente por ruedas eólicas.
2. Motor síncrono de imán permanente de alta eficiencia En comparación con el motor de inducción, el motor síncrono de imán permanente no necesita corriente de excitación reactiva, lo que puede mejorar significativamente el factor de potencia (hasta 1 o incluso capacitivo), reducir la corriente del estator y la pérdida de resistencia del estator. y no hay pérdida de cobre del rotor durante el funcionamiento estable, lo que reduce el ventilador (un motor de pequeña capacidad puede incluso quitar el ventilador) y la correspondiente pérdida por fricción del viento.En comparación con el motor de inducción de la misma especificación, la eficiencia se puede aumentar entre 2 y 8 puntos porcentuales.Además, el motor síncrono de imán permanente puede mantener una alta eficiencia y un factor de potencia en el rango de carga nominal de 25% ~ 120%, lo que hace que el efecto de ahorro de energía sea más notable cuando funciona con carga ligera.Generalmente, este tipo de motor está equipado con un devanado de arranque en el rotor, que tiene la capacidad de arrancar directamente a una determinada frecuencia y voltaje.En la actualidad, se utiliza principalmente en campos petroleros, industrias textiles y de fibras químicas, industrias de cerámica y vidrio, ventiladores y bombas con un largo tiempo de operación anual, etc.
El motor síncrono de imán permanente de NdFeB con alta eficiencia y alto par de arranque desarrollado independientemente por nuestro país puede resolver el problema del "carro grande tirado por caballos" en aplicaciones en yacimientos petrolíferos.El par de arranque es entre un 50% y un 100% mayor que el del motor de inducción, que puede reemplazar el motor de inducción con un número base mayor, y la tasa de ahorro de energía es de aproximadamente el 20%.
En la industria textil, el momento de inercia de la carga es grande, lo que requiere un par de tracción elevado.El diseño razonable del coeficiente de fuga sin carga, la relación de polos salientes, la resistencia del rotor, el tamaño del imán permanente y las vueltas del devanado del estator del motor síncrono de imán permanente pueden mejorar el rendimiento de tracción del motor de imán permanente y promover su aplicación en nuevas industrias textiles y de fibras químicas.
Los ventiladores y bombas utilizados en centrales eléctricas de gran escala, minas, petróleo, industrias químicas y otras industrias son grandes consumidores de energía, pero la eficiencia y el factor de potencia de los motores utilizados actualmente son bajos.El uso de imanes permanentes de NdFeB no solo mejora la eficiencia y el factor de potencia, ahorra energía, sino que también tiene una estructura sin escobillas, lo que mejora la confiabilidad de la operación.En la actualidad, el motor síncrono de imán permanente de 1 120 kW es el motor de imán permanente de tierras raras de alta eficiencia y arranque asíncrono más potente del mundo.Su eficiencia es superior al 96,5% (la eficiencia del motor con la misma especificación es del 95%) y su factor de potencia es 0,94, lo que puede reemplazar al motor ordinario con 1 ~ 2 grados de potencia mayor que él.
3. El motor servo de imán permanente de CA y el motor de imán permanente de CC sin escobillas ahora utilizan cada vez más una fuente de alimentación de frecuencia variable y un motor de CA para formar un sistema de control de velocidad de CA en lugar del sistema de control de velocidad del motor de CC.En los motores de CA, la velocidad del motor síncrono de imán permanente mantiene una relación constante con la frecuencia del suministro de energía durante el funcionamiento estable, de modo que puede usarse directamente en un sistema de control de velocidad de frecuencia variable de bucle abierto.Este tipo de motor suele arrancar mediante el aumento gradual de la frecuencia del convertidor de frecuencia.No es necesario configurar el devanado de arranque en el rotor, y se omiten la escobilla y el conmutador, por lo que el mantenimiento es conveniente.
El motor de imán permanente autosincrónico está compuesto por un motor síncrono de imán permanente accionado por un convertidor de frecuencia y un sistema de control de bucle cerrado de la posición del rotor, que no solo tiene un excelente rendimiento de regulación de velocidad del motor de CC excitado eléctricamente, sino que también funciona sin escobillas.Se utiliza principalmente en ocasiones con alta precisión y confiabilidad de control, como aviación, aeroespacial, máquinas herramienta CNC, centros de mecanizado, robots, vehículos eléctricos, periféricos de computadora, etc.
En la actualidad, se ha desarrollado el motor síncrono de imán permanente de NdFeB y el sistema de accionamiento con un amplio rango de velocidades y una relación potencia-velocidad de Gao Heng, con una relación de velocidad de 1: 22 500 y una velocidad límite de 9 000 r/min.Las características de alta eficiencia, pequeña vibración, bajo ruido y alta densidad de torque del motor de imán permanente son los motores más ideales para vehículos eléctricos, máquinas herramienta y otros dispositivos de conducción.
Con la mejora continua del nivel de vida de las personas, los requisitos para los electrodomésticos son cada vez mayores.Por ejemplo, el aire acondicionado doméstico no sólo es un gran consumidor de energía, sino también la principal fuente de ruido.Su tendencia de desarrollo es utilizar un motor CC sin escobillas de imán permanente con regulación de velocidad continua.Puede ajustarse automáticamente a una velocidad adecuada según el cambio de temperatura ambiente y funcionar durante mucho tiempo, reduciendo el ruido y la vibración, haciendo que las personas se sientan más cómodas y ahorrando 1/3 de electricidad en comparación con el aire acondicionado sin regulación de velocidad.Otros frigoríficos, lavadoras, recolectores de polvo, ventiladores, etc. están cambiando gradualmente a motores de CC sin escobillas.
4. Motor de CC de imán permanente El motor de CC adopta excitación de imán permanente, que no solo conserva las buenas características de regulación de velocidad y las características mecánicas del motor de CC excitado eléctricamente, sino que también tiene las características de estructura y tecnología simples, volumen pequeño, bajo consumo de cobre, alto eficiencia, etc. porque se omiten el devanado de excitación y la pérdida de excitación.Por lo tanto, los motores de CC de imanes permanentes se utilizan ampliamente desde electrodomésticos, dispositivos electrónicos portátiles, herramientas eléctricas hasta sistemas de transmisión de posición y velocidad de precisión que requieren un buen rendimiento dinámico.Entre los micromotores CC de menos de 50 W, los motores de imanes permanentes representan el 92 %, mientras que los de menos de 10 W representan más del 99 %.
En la actualidad, la industria automotriz de China se está desarrollando rápidamente y es el mayor usuario de motores de imanes permanentes, que son los componentes clave de los automóviles.En un automóvil de ultralujo, hay más de 70 motores con diferentes propósitos, la mayoría de los cuales son micromotores de CC de imanes permanentes de bajo voltaje.Cuando se utilizan imanes permanentes y engranajes planetarios de NdFeB en motores de arranque para automóviles y motocicletas, la calidad de los motores de arranque puede reducirse a la mitad.
Clasificación de motores de imanes permanentes
Existen muchos tipos de imanes permanentes.Según la función del motor, se puede dividir aproximadamente en dos categorías: generador de imanes permanentes y motor de imanes permanentes.
Los motores de imanes permanentes se pueden dividir en motores de CC de imanes permanentes y motores de CA de imanes permanentes.El motor de CA de imán permanente se refiere al motor síncrono multifásico con rotor de imán permanente, por lo que a menudo se le llama motor síncrono de imán permanente (PMSM).
Los motores de CC de imán permanente se pueden dividir en motores de CC sin escobillas de imán permanente y motores de CC sin escobillas de imán permanente (BLDCM) si se clasifican según si hay interruptores o conmutadores eléctricos.
Hoy en día, la teoría y la tecnología de la electrónica de potencia moderna se están desarrollando enormemente en el mundo.Con la llegada de los dispositivos electrónicos de potencia, como MOSFET, IGBT y MCT, los dispositivos de control han experimentado cambios fundamentales.Desde que F. Blaceke propuso el principio del control vectorial del motor de CA en 1971, el desarrollo de la tecnología de control vectorial ha iniciado una nueva era en el control de servoaccionamiento de CA, y se han ido eliminando continuamente varios microprocesadores de alto rendimiento, acelerando aún más el desarrollo. del servosistema de CA en lugar del servosistema de CC.Es una tendencia inevitable que el servosistema AC-I reemplace al servosistema DC.Sin embargo, el motor síncrono de imán permanente (PMSM) con contrafem sinusoidal y el motor CC sin escobillas (BLIX~) con contrafem trapezoidal seguramente se convertirán en la corriente principal en el desarrollo de servosistemas de CA de alto rendimiento debido a su excelente rendimiento.