Zakaj sinhroni motorji s permanentnimi magneti postanejo glavni pogonski motorji?

Zakaj sinhroni motorji s permanentnimi magneti postanejo glavni pogonski motorji?

Elektromotor lahko pretvori električno energijo v mehansko energijo in jo prek prenosnega sistema prenese na kolesa za pogon vozila. Je eden od osrednjih pogonskih sistemov vozil z novo energijo. Trenutno so najpogosteje uporabljeni pogonski motorji v vozilih z novo energijo predvsem sinhroni motorji s trajnimi magneti in asinhroni motorji na izmenični tok. Večina vozil z novo energijo uporablja sinhrone motorje s trajnimi magneti. Med reprezentativna avtomobilska podjetja spadajo BYD, Li Auto itd. Nekatera vozila uporabljajo asinhrone motorje na izmenični tok. Elektromotorji predstavljajo avtomobilska podjetja, kot sta Tesla in Mercedes-Benz.

Asinhroni motor je v glavnem sestavljen iz stacionarnega statorja in vrtečega se rotorja. Ko je navitje statorja priključeno na izmenično napajanje, se rotor vrti in oddaja moč. Glavno načelo je, da ko je navitje statorja pod napetostjo (izmenični tok), tvori vrteče se elektromagnetno polje, navitje rotorja pa je zaprti prevodnik, ki neprekinjeno reže indukcijske črte statorja v vrtečem se magnetnem polju statorja. Po Faradayevem zakonu se pri prerezu magnetne indukcijske črte v zaprtem prevodniku ustvari tok, ki ustvari elektromagnetno polje. V tem primeru obstajata dve elektromagnetni polji: eno je elektromagnetno polje statorja, povezano z zunanjim izmeničnim tokom, drugo pa nastane s prerezom elektromagnetne indukcijske črte statorja. Elektromagnetno polje rotorja. Po Lenzovem zakonu se inducirani tok vedno upira vzroku induciranega toka, torej poskuša preprečiti, da bi prevodniki na rotorju prerezali indukcijske črte vrtečega se magnetnega polja statorja. Rezultat je: vodniki na rotorju bodo "dohiteli" vodnike na statorju. Vrteče se elektromagnetno polje pomeni, da rotor lovi vrteče se magnetno polje statorja in končno se motor začne vrteti. Med tem procesom sta hitrost vrtenja rotorja (n2) in hitrost vrtenja statorja (n1) neusklajeni (razlika v hitrosti je približno 2-6 %). Zato se imenuje asinhronski izmenični motor. Če pa je hitrost vrtenja enaka, se imenuje sinhronski motor.

Sinhronski motor s trajnimi magneti je prav tako vrsta izmeničnega motorja. Njegov rotor je izdelan iz jekla s trajnimi magneti. Ko motor deluje, se stator napaja, da ustvari vrteče se magnetno polje, ki potiska rotor k vrtenju. "Sinhronizacija" pomeni, da je hitrost vrtenja rotorja med delovanjem v ustaljenem stanju sinhronizirana s hitrostjo vrtenja magnetnega polja. Sinhronski motorji s trajnimi magneti imajo višje razmerje med močjo in težo, so manjši, lažji, imajo večji izhodni navor ter odlično mejno hitrost in zavorno zmogljivost. Zato so sinhroni motorji s trajnimi magneti danes postali najpogosteje uporabljeni električni motorji. Ko pa je material trajnih magnetov izpostavljen vibracijam, visoki temperaturi in preobremenitvenemu toku, se lahko njegova magnetna prepustnost zmanjša ali pa pride do razmagnetenja, kar lahko zmanjša delovanje motorja s trajnimi magneti. Poleg tega sinhroni motorji s trajnimi magneti iz redkih zemelj uporabljajo materiale iz redkih zemelj, proizvodni stroški pa niso stabilni.

V primerjavi s sinhronskimi motorji s trajnimi magneti morajo asinhronski motorji med delovanjem absorbirati električno energijo za vzbujanje, kar porablja električno energijo in zmanjšuje učinkovitost motorja. Motorji s trajnimi magneti so dražji zaradi dodatka trajnih magnetov.

Modeli, ki uporabljajo asinhrone motorje na izmenični tok, dajejo prednost zmogljivosti in izkoriščajo prednosti zmogljivosti in učinkovitosti asinhronih motorjev na izmenični tok pri visokih hitrostih. Reprezentativni model je zgodnji Model S. Glavne značilnosti: Ko avtomobil vozi z visoko hitrostjo, lahko vzdržuje delovanje pri visoki hitrosti in učinkovito porabo električne energije, kar zmanjša porabo energije in hkrati ohrani največjo izhodno moč;

Modeli, ki uporabljajo sinhrone motorje s trajnimi magneti, dajejo prednost porabi energije ter izkoriščajo zmogljivost in učinkovito delovanje sinhronih motorjev s trajnimi magneti pri nizkih hitrostih, zaradi česar so primerni za majhne in srednje velike avtomobile. Njihove značilnosti so majhnost, lahka teža in daljša življenjska doba baterije. Hkrati imajo dobro regulacijo hitrosti in lahko ohranjajo visoko učinkovitost pri ponavljajočih se zagonih, ustavljanjih, pospeševanjih in zaviranjih.

Prevladujejo sinhroni motorji s trajnimi magneti. Glede na statistiko iz "Mesečne baze podatkov o industriji vozil z novo energijo", ki jo je objavil Inštitut za napredne industrijske raziskave (GGII), je bila domača nameščena zmogljivost pogonskih motorjev za vozila z novo energijo od januarja do avgusta 2022 približno 3,478 milijona enot, kar je 101-odstotno medletno povečanje. Med njimi je bila nameščena zmogljivost sinhroni motorji s trajnimi magneti 3,329 milijona enot, kar je 106-odstotno medletno povečanje; nameščena zmogljivost asinhronih motorjev na izmenični tok pa 1,295 milijona enot, kar je 22-odstotno medletno povečanje.

Sinhroni motorji s trajnimi magneti so postali glavni pogonski motorji na trgu izključno električnih osebnih avtomobilov.

Sodeč po izbiri motorjev za glavne modele doma in v tujini, nova energetska vozila, ki jih predstavljajo domači SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors itd., uporabljajo sinhrone motorje s trajnimi magneti. Sinhrone motorje s trajnimi magneti se večinoma uporabljajo na Kitajskem. Prvič, ker imajo sinhrone motorje s trajnimi magneti dobre zmogljivosti pri nizki hitrosti in visok izkoristek pretvorbe, kar jih naredi zelo primerne za kompleksne delovne pogoje s pogostimi zagoni in ustavitvami v mestnem prometu. Drugič, zaradi trajnih magnetov neodim-železo-bor v sinhronskih motorjih s trajnimi magneti. Materiali zahtevajo uporabo redkih zemeljskih virov, moja država pa ima 70 % svetovnih virov redkih zemeljskih elementov, skupna proizvodnja magnetnih materialov NdFeB pa dosega 80 % svetovne proizvodnje, zato je Kitajska bolj zainteresirana za uporabo sinhronskih motorjev s trajnimi magneti.

Tuja podjetja Tesla in BMW pri skupnem razvoju uporabljajo sinhrone motorje s trajnimi magneti in asinhrone motorje z izmeničnim tokom. Z vidika aplikacijske strukture so sinhroni motorji s trajnimi magneti glavna izbira za vozila z novo energijo.

Stroški materialov za trajne magnete predstavljajo približno 30 % stroškov sinhronskih motorjev s trajnimi magneti. Surovine za proizvodnjo sinhronskih motorjev s trajnimi magneti vključujejo predvsem neodim železo bor, silicijeve jeklene pločevine, baker in aluminij. Med njimi se material za trajne magnete neodim železo bor uporablja predvsem za izdelavo rotorskih trajnih magnetov, pri čemer stroški znašajo približno 30 %; silicijeve jeklene pločevine se uporabljajo predvsem za izdelavo po meri izdelanih izdelkov. Stroški jedra rotorja predstavljajo približno 20 %, stroškov navitja statorja približno 15 %, stroškov gredi motorja približno 5 % in stroškov ohišja motorja približno 15 %.

Zakaj soVijačni zračni kompresor OSG s permanentnimi magnetnimi motorjibolj učinkovito?

Sinhronski motor s trajnim magnetom je v glavnem sestavljen iz statorja, rotorja in ohišja. Tako kot običajni AC motorji ima statorsko jedro laminirano strukturo za zmanjšanje izgub železa zaradi vrtinčnih tokov in histereznih učinkov med delovanjem motorja; navitja so običajno tudi trifazne simetrične strukture, vendar je izbira parametrov precej drugačna. Rotorski del ima različne oblike, vključno z rotorjem s trajnim magnetom z zagonsko kletko in vgrajenim ali površinsko nameščenim čistim rotorjem s trajnim magnetom. Jedro rotorja je lahko izdelano v trdni strukturi ali laminirano. Rotor je opremljen s trajnim magnetnim materialom, ki se običajno imenuje magnet.

Pri normalnem delovanju motorja s trajnimi magneti sta magnetna polja rotorja in statorja v sinhronem stanju. V rotorskem delu ni induciranega toka, prav tako ni izgub v bakru rotorja, histereze ali izgub zaradi vrtinčnih tokov. Ni treba upoštevati problema izgub in segrevanja rotorja. Na splošno motor s trajnimi magneti napaja poseben frekvenčni pretvornik in ima naravno funkcijo mehkega zagona. Poleg tega je motor s trajnimi magneti sinhronski motor, ki ima značilnost prilagajanja faktorja moči z intenzivnostjo vzbujanja, tako da je faktor moči mogoče nastaviti na določeno vrednost.

Z vidika zagona je postopek zagona motorja s trajnim magnetom zelo enostaven, saj se motor s trajnim magnetom zažene z napajalnikom s spremenljivo frekvenco ali podpornim pretvornikom; podoben je zagonu motorja s spremenljivo frekvenco in se izogne ​​​​zagonskim napakam običajnih asinhronih motorjev s kletko.

Skratka, učinkovitost in faktor moči motorjev s trajnimi magneti lahko dosežeta zelo visoko raven, struktura je zelo preprosta, trg pa je bil v zadnjih desetih letih zelo vroč.

Vendar pa je izguba vzbujanja pri motorjih s permanentnimi magneti neizogiben problem. Ko je tok prevelik ali je temperatura previsoka, se temperatura navitij motorja v trenutku dvigne, tok se močno poveča in permanentni magneti hitro izgubijo vzbujanje. Pri krmiljenju motorja s permanentnimi magneti je nastavljena zaščita pred preobremenitvijo, da se prepreči pregorevanje navitja statorja motorja, vendar sta posledična izguba vzbujanja in izklop opreme neizogibni.