Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren haben in den letzten Jahren deutliche Fortschritte gemacht und werden hauptsächlich in langsam laufenden Lasten wie Bandförderern, Mischern, Drahtziehmaschinen und langsam laufenden Pumpen eingesetzt. Sie ersetzen elektromechanische Systeme mit Hochgeschwindigkeitsmotoren und mechanischen Untersetzungsgetrieben. Der Drehzahlbereich des Motors liegt in der Regel unter 500 U/min. Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren lassen sich hauptsächlich in zwei Bauformen unterteilen: Außenläufer und Innenläufer. Außenläufer-Permanentmagnet-Direktantriebe werden hauptsächlich in Bandförderern eingesetzt.
Bei der Konstruktion und Anwendung von Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren ist zu beachten, dass sich Permanentmagnet-Direktantriebe nicht für besonders niedrige Abtriebsdrehzahlen eignen. Wenn die meisten Lasten innerhalb50 U/min werden von einem Direktantriebsmotor angetrieben. Wenn die Leistung konstant bleibt, führt dies zu einem großen Drehmoment, was zu hohen Motorkosten und verringerter Effizienz führt. Wenn Leistung und Geschwindigkeit bestimmt werden, muss die Wirtschaftlichkeit der Kombination von Direktantriebsmotoren, Motoren mit höherer Geschwindigkeit und Getrieben (oder anderen mechanischen Strukturen zur Erhöhung und Verringerung der Geschwindigkeit) verglichen werden. Derzeit werden bei Windkraftanlagen über 15 MW und unter 10 U/min schrittweise Halbdirektantriebe eingesetzt, bei denen Getriebe verwendet werden, um die Motordrehzahl entsprechend zu erhöhen, die Motorkosten zu senken und letztendlich die Systemkosten zu senken. Gleiches gilt für Elektromotoren. Wenn die Geschwindigkeit unter 100 U/min liegt, sollten daher wirtschaftliche Aspekte sorgfältig abgewogen und ein Halbdirektantrieb gewählt werden.
Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren verwenden in der Regel oberflächenmontierte Permanentmagnetrotoren, um die Drehmomentdichte zu erhöhen und den Materialverbrauch zu reduzieren. Aufgrund der niedrigen Drehzahl und der geringen Zentrifugalkraft ist eine eingebaute Permanentmagnetrotorstruktur nicht erforderlich. Üblicherweise werden Druckstangen, Edelstahlhülsen und Glasfaserschutzhülsen verwendet, um den Rotorpermanentmagneten zu fixieren und zu schützen. Einige Motoren mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, relativ geringer Polzahl oder starken Vibrationen verwenden jedoch auch eingebaute Permanentmagnetrotorstrukturen.
Der langsam laufende Direktantriebsmotor wird von einem Frequenzumrichter angetrieben. Erreicht die Polzahl eine Obergrenze, führt eine weitere Drehzahlreduzierung zu einer niedrigeren Frequenz. Bei niedriger Frequenz des Frequenzumrichters verringert sich das Tastverhältnis der PWM, und die Wellenform ist ungenau, was zu Schwankungen und instabiler Drehzahl führen kann. Daher ist die Steuerung besonders langsam laufender Direktantriebsmotoren ebenfalls schwierig. Derzeit nutzen einige Motoren mit extrem niedriger Drehzahl ein Magnetfeldmodulations-Motorsystem, um eine höhere Antriebsfrequenz zu erreichen.
Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren mit niedriger Drehzahl können hauptsächlich luft- und flüssigkeitsgekühlt werden. Bei der Luftkühlung wird hauptsächlich die IC416-Kühlmethode mit unabhängigen Lüftern verwendet, bei der Flüssigkeitskühlung kann es sich um Wasserkühlung handeln (IC71W), die je nach den Bedingungen vor Ort bestimmt werden kann. Im Flüssigkeitskühlungsmodus kann die Wärmebelastung höher und die Struktur kompakter ausgelegt werden. Allerdings sollte darauf geachtet werden, die Dicke des Permanentmagneten zu erhöhen, um eine Entmagnetisierung durch Überstrom zu verhindern.
Bei langsam laufenden Direktantriebsmotorsystemen mit Anforderungen an die Drehzahl- und Positionsgenauigkeitsregelung müssen Positionssensoren hinzugefügt und eine Steuerungsmethode mit Positionssensoren angewendet werden. Darüber hinaus ist bei hohen Drehmomentanforderungen während des Startvorgangs auch eine Steuerungsmethode mit einem Positionssensor erforderlich.
Obwohl der Einsatz von Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren den ursprünglichen Untersetzungsmechanismus eliminieren und die Wartungskosten senken kann, kann eine ungünstige Konstruktion zu hohen Kosten für Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren und einer Verringerung der Systemeffizienz führen. Generell lässt sich sagen, dass eine Vergrößerung des Durchmessers von Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren die Kosten pro Drehmomenteinheit senken kann, sodass Direktantriebsmotoren als große Scheiben mit größerem Durchmesser und kürzerer Stapellänge gefertigt werden können. Der Durchmesservergrößerung sind jedoch auch Grenzen gesetzt. Ein zu großer Durchmesser kann die Kosten für Gehäuse und Welle erhöhen, und selbst die Strukturmaterialien übersteigen mit der Zeit die Kosten effektiver Materialien. Daher erfordert die Entwicklung eines Direktantriebsmotors eine Optimierung des Längen-Durchmesser-Verhältnisses, um die Gesamtkosten des Motors zu senken.
Abschließend möchte ich betonen, dass Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren Frequenzumrichtermotoren sind. Der Leistungsfaktor des Motors beeinflusst den Strom auf der Ausgangsseite des Frequenzumrichters. Solange er innerhalb des Kapazitätsbereichs des Frequenzumrichters liegt, hat der Leistungsfaktor nur geringe Auswirkungen auf die Leistung und beeinflusst den Leistungsfaktor auf der Netzseite nicht. Daher sollte bei der Auslegung des Leistungsfaktors des Motors darauf geachtet werden, dass der Direktantriebsmotor im MTPA-Modus arbeitet, der bei minimalem Strom ein maximales Drehmoment erzeugt. Der wichtige Grund dafür ist, dass Direktantriebsmotoren im Allgemeinen eine niedrige Frequenz haben und die Eisenverluste deutlich geringer sind als die Kupferverluste. Durch die Verwendung der MTPA-Methode können die Kupferverluste minimiert werden. Techniker sollten sich nicht von herkömmlichen netzgekoppelten Asynchronmotoren beeinflussen lassen, da die Stromstärke auf der Motorseite keine Grundlage für die Beurteilung der Motoreffizienz bietet.
Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. ist ein modernes Hightech-Unternehmen, das Forschung und Entwicklung, Herstellung, Vertrieb und Service von Permanentmagnetmotoren vereint. Die Produktvielfalt und die Spezifikationen sind umfassend. Darunter sind langsam laufende Permanentmagnetmotoren mit Direktantrieb (7,5–500 U/min), die häufig in industriellen Anwendungen wie Ventilatoren, Förderbändern, Kolbenpumpen und Mühlen in der Zement-, Baustoff-, Kohlebergbau-, Erdöl-, Metallurgie- und anderen Industriezweigen eingesetzt werden und gute Betriebsbedingungen bieten.
Veröffentlichungszeit: 18. Januar 2024