Защо синхронните двигатели с постоянни магнити стават основните задвижващи двигатели?
Електродвигателят може да преобразува електрическата енергия в механична енергия и да я предава на колелата чрез трансмисионната система, за да задвижва превозното средство. Той е една от основните задвижващи системи на превозните средства с нова енергия. В момента най-често използваните задвижващи двигатели в превозните средства с нова енергия са главно синхронни двигатели с постоянни магнити и асинхронни двигатели с променлив ток. Повечето превозни средства с нова енергия използват синхронни двигатели с постоянни магнити. Представителни автомобилни компании включват BYD, Li Auto и др. Някои превозни средства използват асинхронни двигатели с променлив ток. Електродвигателите са представени от автомобилни компании като Tesla и Mercedes-Benz.
Асинхронният двигател се състои главно от неподвижен статор и въртящ се ротор. Когато намотката на статора е свързана към променливотоково захранване, роторът се върти и генерира мощност. Основният принцип е, че когато намотката на статора е захранвана (променлив ток), тя образува въртящо се електромагнитно поле, а намотката на ротора е затворен проводник, който непрекъснато пресича линиите на магнитната индукция на статора във въртящото се магнитно поле на статора. Според закона на Фарадей, когато затворен проводник пресече линията на магнитната индукция, се генерира ток, който генерира електромагнитно поле. В този случай има две електромагнитни полета: едното е електромагнитното поле на статора, свързано с външен променлив ток, а другото се генерира от пресичането на линията на електромагнитната индукция на статора. Електромагнитно поле на ротора. Според закона на Ленц, индуцираният ток винаги ще се съпротивлява на причината за индуцирания ток, т.е. ще се стреми да предотврати прекъсването на линиите на магнитната индукция на въртящото се магнитно поле на статора от проводниците на ротора. Резултатът е: проводниците на ротора ще „настигнат“ тези на статора. Въртящото се електромагнитно поле означава, че роторът гони въртящото се магнитно поле на статора и накрая двигателят започва да се върти. По време на процеса скоростта на въртене на ротора (n2) и скоростта на въртене на статора (n1) са несинхронизирани (разликата в скоростта е около 2-6%). Следователно, той се нарича асинхронен променливотоков двигател. Напротив, ако скоростта на въртене е еднаква, той се нарича синхронен двигател.
Синхронният двигател с постоянни магнити също е вид променливотоков двигател. Роторът му е изработен от стомана с постоянни магнити. Когато двигателят работи, статорът се захранва, за да генерира въртящо се магнитно поле, което да тласка ротора да се върти. „Синхронизация“ означава, че скоростта на въртене на ротора по време на работа в стационарен режим е синхронизирана със скоростта на въртене на магнитното поле. Синхронните двигатели с постоянни магнити имат по-високо съотношение мощност-тегло, по-малки са по размер, по-леки, имат по-голям изходен въртящ момент и имат отлични гранични скорости и спирачни характеристики. Следователно, синхронните двигатели с постоянни магнити са се превърнали в най-широко използваните електрически двигатели днес. Когато обаче материалът на постоянния магнит е подложен на вибрации, висока температура и ток на претоварване, неговата магнитна пропускливост може да намалее или може да се получи размагнитване, което може да намали производителността на двигателя с постоянни магнити. Освен това, синхронните двигатели с редкоземни постоянни магнити използват редкоземни материали и производствените разходи не са стабилни.
В сравнение със синхронните двигатели с постоянни магнити, асинхронните двигатели трябва да абсорбират електрическа енергия за възбуждане по време на работа, което ще консумира електрическа енергия и ще намали ефективността на двигателя. Двигателите с постоянни магнити са по-скъпи поради добавянето на постоянни магнити.
Моделите, които избират асинхронни двигатели с променлив ток, обикновено дават приоритет на производителността и се възползват от предимствата на производителността и ефективността на асинхронните двигатели с променлив ток при високи скорости. Представителният модел е ранният Model S. Основни характеристики: Когато автомобилът се движи с висока скорост, той може да поддържа високоскоростна работа и ефективно използване на електрическата енергия, намалявайки консумацията на енергия, като същевременно поддържа максимална мощност;
Моделите, които избират синхронни двигатели с постоянни магнити, са склонни да дават приоритет на консумацията на енергия и да използват производителността и ефективната работа на синхронните двигатели с постоянни магнити при ниски скорости, което ги прави подходящи за малки и средни автомобили. Характеристиките им са малък размер, леко тегло и удължен живот на батерията. В същото време те имат добри показатели за регулиране на скоростта и могат да поддържат висока ефективност при многократни стартирания, спирания, ускорения и забавяния.
Синхронните двигатели с постоянни магнити доминират. Според статистиката от „Месечна база данни за веригата на индустрията за нови енергийни превозни средства“, публикувана от Института за напреднали индустриални изследвания (GGII), инсталираният капацитет на задвижващи двигатели за нови енергийни превозни средства от януари до август 2022 г. е приблизително 3,478 милиона бройки, което е увеличение със 101% на годишна база. Сред тях инсталираният капацитет на синхронните двигатели с постоянни магнити е 3,329 милиона бройки, което е увеличение със 106% на годишна база; инсталираният капацитет на асинхронните двигатели с променлив ток е 1,295 милиона бройки, което е увеличение с 22% на годишна база.
Синхронните двигатели с постоянни магнити са се превърнали в основните задвижващи двигатели на пазара на изцяло електрически пътнически автомобили.
Съдейки по избора на двигатели за масови модели в страната и чужбина, новите енергийни превозни средства, пуснати на пазара от местните SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors и др., използват синхронни двигатели с постоянни магнити. Синхронните двигатели с постоянни магнити се използват главно в Китай. Първо, защото синхронните двигатели с постоянни магнити имат добри ниски скорости и висок коефициент на преобразуване, което ги прави много подходящи за сложни работни условия с чести стартирания и спирания в градския трафик. Второ, поради постоянните магнити от неодим, желязо и бор в синхронните двигатели с постоянни магнити. Материалите изискват използването на редкоземни ресурси, а моята страна притежава 70% от световните редкоземни ресурси, а общото производство на магнитни материали NdFeB достига 80% от световното, така че Китай е по-склонен да използва синхронни двигатели с постоянни магнити.
Чуждестранните Tesla и BMW използват синхронни двигатели с постоянни магнити и асинхронни двигатели с променлив ток за съвместна разработка. От гледна точка на структурата на приложението, синхронният двигател с постоянни магнити е основният избор за превозни средства с нова енергия.
Цената на материалите за постоянни магнити представлява около 30% от цената на синхронните двигатели с постоянни магнити. Суровините за производството на синхронни двигатели с постоянни магнити включват главно неодим, желязо, бор, силициеви стоманени листове, мед и алуминий. Сред тях, материалът за постоянни магнити неодим, желязо, бор се използва главно за производството на постоянни магнити за ротори, а цената на листовете от силициева стомана е около 30%; силициевите стоманени листове се използват главно за изработка на персонализирани изделия. Цената на сърцевината на ротора е около 20%; цената на статорната намотка е около 15%; цената на вала на двигателя е около 5%; а цената на корпуса на двигателя е около 15%.
Защо саВинтов въздушен компресор OSG с двигатели с постоянни магнитипо-ефективно?
Синхронният двигател с постоянни магнити е съставен главно от статор, ротор и корпус. Подобно на обикновените променливотокови двигатели, статорното ядро има ламинирана структура, за да се намалят загубите на желязо, дължащи се на вихрови токове и хистерезис, когато двигателят работи; намотките също обикновено са трифазни симетрични структури, но изборът на параметри е доста различен. Роторната част има различни форми, включително ротор с постоянен магнит с пускаща клетка за катерици и вграден или повърхностно монтиран ротор с чист постоянен магнит. Роторното ядро може да бъде изработено в плътна структура или ламинирано. Роторът е снабден с материал от постоянен магнит, който обикновено се нарича магнит.
При нормална работа на двигателя с постоянни магнити, магнитните полета на ротора и статора са в синхронно състояние. Няма индуциран ток в роторната част и няма загуби в медта на ротора, хистерезис или загуби от вихрови токове. Няма нужда да се разглежда проблемът със загубите и нагряването на ротора. Обикновено двигателят с постоянни магнити се захранва от специален честотен преобразувател и естествено има функция за плавен старт. Освен това, двигателят с постоянни магнити е синхронен двигател, който има характеристиката да регулира коефициента на мощност чрез интензитета на възбуждане, така че коефициентът на мощност може да бъде проектиран до определена стойност.
От гледна точка на стартирането, поради факта, че двигателят с постоянен магнит се стартира от захранване с променлива честота или поддържащ инвертор, процесът на стартиране на двигателя с постоянен магнит е много лесен; той е подобен на стартирането на двигател с променлива честота и избягва дефектите при стартиране на обикновените асинхронни двигатели с клетка.
Накратко, ефективността и коефициентът на мощност на двигателите с постоянни магнити могат да достигнат много високи нива, структурата е много проста, а пазарът е много активен през последните десет години.
Въпреки това, загубата на възбуждане е неизбежен проблем при двигателите с постоянни магнити. Когато токът е твърде голям или температурата е твърде висока, температурата на намотките на двигателя ще се повиши мигновено, токът ще се увеличи рязко и постоянните магнити бързо ще загубят възбуждане. При управлението на двигатели с постоянни магнити е настроено устройство за защита от свръхток, за да се избегне проблемът с изгарянето на намотката на статора на двигателя, но произтичащата от това загуба на възбуждане и спиране на оборудването са неизбежни.
Време на публикуване: 12 декември 2023 г.
