Mit der Entwicklung von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien in den 1970er Jahren entstanden auch Seltenerd-Permanentmagnetmotoren. Permanentmagnetmotoren verwenden Seltenerd-Permanentmagnete zur Erregung, und Permanentmagnete können nach der Magnetisierung permanente Magnetfelder erzeugen. Seine Erregungsleistung ist ausgezeichnet und er ist elektrischen Erregermotoren in Bezug auf Stabilität, Qualität und Verlustreduzierung überlegen, was den traditionellen Motorenmarkt erschüttert hat.

In den letzten Jahren wurden mit der rasanten Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie die Leistung und Technologie elektromagnetischer Materialien, insbesondere elektromagnetischer Seltenerdmaterialien, schrittweise verbessert. Gepaart mit der rasanten Entwicklung der Leistungselektronik, der Kraftübertragungstechnik und der automatischen Steuerungstechnik wird die Leistung von Permanentmagnet-Synchronmotoren immer besser.

Darüber hinaus bieten Permanentmagnet-Synchronmotoren die Vorteile eines geringen Gewichts, eines einfachen Aufbaus, einer geringen Größe, guter Eigenschaften und einer hohen Leistungsdichte. Viele wissenschaftliche Forschungseinrichtungen und Unternehmen betreiben aktiv Forschung und Entwicklung von Permanentmagnet-Synchronmotoren und ihre Anwendungsbereiche werden weiter ausgebaut.

1. Entwicklungsbasis des Permanentmagnet-Synchronmotors

a.Anwendung von Hochleistungs-Permanentmagnetmaterialien aus seltenen Erden

Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien haben drei Stufen durchlaufen: SmCo5, Sm2Co17 und Nd2Fe14B. Derzeit sind Permanentmagnetmaterialien wie NdFeB aufgrund ihrer hervorragenden magnetischen Eigenschaften die am weitesten verbreitete Art von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien. Die Entwicklung von Permanentmagnetmaterialien hat die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren vorangetrieben.

Im Vergleich zum herkömmlichen Dreiphasen-Induktionsmotor mit elektrischer Erregung ersetzt der Permanentmagnet den elektrischen Erregerpol, vereinfacht die Struktur, eliminiert den Schleifring und die Bürste des Rotors, verwirklicht die bürstenlose Struktur und reduziert die Größe des Rotors. Dies verbessert die Leistungsdichte, Drehmomentdichte und Arbeitseffizienz des Motors, macht den Motor kleiner und leichter, erweitert seinen Anwendungsbereich weiter und fördert die Entwicklung von Elektromotoren hin zu höheren Leistungen.

b.Anwendung der neuen Kontrolltheorie

In den letzten Jahren haben sich Steuerungsalgorithmen rasant weiterentwickelt. Unter anderem haben Vektorsteuerungsalgorithmen das Antriebsstrategieproblem von Wechselstrommotoren grundsätzlich gelöst, wodurch Wechselstrommotoren eine gute Regelleistung aufweisen. Das Aufkommen der direkten Drehmomentsteuerung vereinfacht die Steuerungsstruktur und zeichnet sich durch eine starke Schaltungsleistung bei Parameteränderungen und eine schnelle dynamische Reaktionsgeschwindigkeit des Drehmoments aus. Die indirekte Drehmomentregelungstechnologie löst das Problem der großen Drehmomentpulsation des direkten Drehmoments bei niedriger Drehzahl und verbessert die Drehzahl und Regelungsgenauigkeit des Motors.

c.Anwendung leistungsstarker leistungselektronischer Geräte und Prozessoren

Moderne Leistungselektroniktechnik ist eine wichtige Schnittstelle zwischen der Informationsindustrie und traditionellen Industrien und eine Brücke zwischen Schwachstrom und kontrolliertem Starkstrom. Die Entwicklung leistungselektronischer Technologien ermöglicht die Umsetzung von Antriebsregelungsstrategien.

In den 1970er Jahren erschien eine Reihe von Allzweck-Wechselrichtern, die Industriefrequenzstrom in Strom mit variabler Frequenz und stufenlos einstellbarer Frequenz umwandeln konnten und so die Voraussetzungen für die Drehzahlregelung des Wechselstroms mit variabler Frequenz schafften. Diese Wechselrichter verfügen über eine Sanftanlauffähigkeit, nachdem die Frequenz eingestellt wurde, und die Frequenz kann mit einer bestimmten Geschwindigkeit von Null auf die eingestellte Frequenz ansteigen, und die Anstiegsgeschwindigkeit kann in einem weiten Bereich kontinuierlich angepasst werden, wodurch das Startproblem von Synchronmotoren gelöst wird.

2. Entwicklungsstand von Permanentmagnet-Synchronmotoren im In- und Ausland

Der erste Motor der Geschichte war ein Permanentmagnetmotor. Zu dieser Zeit war die Leistung von Permanentmagnetmaterialien relativ schlecht und die Koerzitivkraft und Remanenz von Permanentmagneten zu gering, so dass sie bald durch elektrische Erregermotoren ersetzt wurden.

In den 1970er Jahren verfügten die durch NdFeB repräsentierten Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien über eine große Koerzitivkraft, Remanenz, eine starke Entmagnetisierungsfähigkeit und ein großes magnetisches Energieprodukt, was Hochleistungs-Permanentmagnet-Synchronmotoren auf die Bühne der Geschichte brachte. Mittlerweile wird die Forschung an Permanentmagnet-Synchronmotoren immer ausgereifter und entwickelt sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, hohem Drehmoment, hoher Leistung und hohem Wirkungsgrad.

In den letzten Jahren haben sich Permanentmagnet-Synchronmotoren dank der starken Investitionen einheimischer Wissenschaftler und der Regierung rasant weiterentwickelt. Mit der Entwicklung der Mikrocomputertechnologie und der automatischen Steuerungstechnik wurden Permanentmagnet-Synchronmotoren in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Aufgrund des gesellschaftlichen Fortschritts sind die Anforderungen der Menschen an Permanentmagnet-Synchronmotoren gestiegen, was dazu geführt hat, dass sich Permanentmagnetmotoren in Richtung eines größeren Drehzahlregelbereichs und einer präziseren Steuerung entwickeln. Aufgrund der Verbesserung aktueller Produktionsprozesse wurden Hochleistungs-Permanentmagnetmaterialien weiterentwickelt. Dadurch werden die Kosten erheblich gesenkt und nach und nach auf verschiedene Lebensbereiche angewendet.

3. Aktuelle Technologie

A. Konstruktionstechnologie für Permanentmagnet-Synchronmotoren

Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mit elektrischer Erregung verfügen Permanentmagnet-Synchronmotoren über keine elektrischen Erregerwicklungen, Schleifringe und Erregerschränke, was nicht nur die Stabilität und Zuverlässigkeit, sondern auch die Effizienz erheblich verbessert.

Unter diesen weisen eingebaute Permanentmagnetmotoren die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, eines hohen Leistungsfaktors, einer hohen Leistungsdichte der Einheit, einer starken Expansionsfähigkeit bei schwacher magnetischer Geschwindigkeit und einer schnellen dynamischen Reaktionsgeschwindigkeit auf, was sie zu einer idealen Wahl für den Antrieb von Motoren macht.

Permanentmagnete sorgen für das gesamte Erregermagnetfeld von Permanentmagnetmotoren, und das Rastmoment erhöht die Vibrationen und Geräusche des Motors während des Betriebs. Ein zu hohes Rastmoment beeinträchtigt die Leistung des Motorgeschwindigkeitsregelsystems bei niedrigen Drehzahlen und die hochpräzise Positionierung des Positionsregelsystems. Daher sollte bei der Auslegung des Motors das Rastmoment durch Motoroptimierung so weit wie möglich reduziert werden.

Untersuchungen zufolge umfassen die allgemeinen Methoden zur Reduzierung des Rastmoments die Änderung des Polbogenkoeffizienten, die Reduzierung der Schlitzbreite des Stators, die Anpassung von Schrägschlitz und Polschlitz, die Änderung der Position, Größe und Form des Magnetpols usw. Allerdings Es ist zu beachten, dass die Reduzierung des Rastmoments andere Leistungsmerkmale des Motors beeinträchtigen kann, da beispielsweise das elektromagnetische Drehmoment entsprechend sinken kann. Daher sollten bei der Konstruktion verschiedene Faktoren so gut wie möglich ausbalanciert werden, um die beste Motorleistung zu erzielen.

b.Permanentmagnet-Synchronmotor-Simulationstechnologie

Das Vorhandensein von Permanentmagneten in Permanentmagnetmotoren macht es für Konstrukteure schwierig, Parameter wie den Leerlauf-Streuflusskoeffizienten und den Polbogenkoeffizienten zu berechnen. Im Allgemeinen wird Finite-Elemente-Analysesoftware zur Berechnung und Optimierung der Parameter von Permanentmagnetmotoren verwendet. Software zur Finite-Elemente-Analyse kann Motorparameter sehr genau berechnen und ist sehr zuverlässig, um den Einfluss von Motorparametern auf die Leistung zu analysieren.

Die Finite-Elemente-Berechnungsmethode macht es für uns einfacher, schneller und genauer, das elektromagnetische Feld von Motoren zu berechnen und zu analysieren. Hierbei handelt es sich um eine numerische Methode, die auf der Grundlage der Differenzenmethode entwickelt wurde und in Wissenschaft und Technik weit verbreitet ist. Verwenden Sie mathematische Methoden, um einige kontinuierliche Lösungsbereiche in Einheitengruppen zu diskretisieren und dann in jeder Einheit zu interpolieren. Auf diese Weise wird eine lineare Interpolationsfunktion gebildet, d. h. eine Näherungsfunktion wird mithilfe finiter Elemente simuliert und analysiert, die es uns ermöglicht, die Richtung magnetischer Feldlinien und die Verteilung der magnetischen Flussdichte im Motor intuitiv zu beobachten.

c.Permanentmagnet-Synchronmotor-Steuerungstechnologie

Die Verbesserung der Leistung von Motorantriebssystemen ist auch für die Entwicklung des Bereichs der industriellen Steuerung von großer Bedeutung. Dadurch kann das System mit der besten Leistung betrieben werden. Seine grundlegenden Eigenschaften spiegeln sich in der niedrigen Drehzahl wider, insbesondere bei schnellem Anfahren, statischer Beschleunigung usw. kann es ein großes Drehmoment abgeben; und beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit kann eine konstante Leistungsgeschwindigkeitsregelung in einem weiten Bereich erreicht werden. Tabelle 1 vergleicht die Leistung mehrerer wichtiger Motoren.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeichnen sich Permanentmagnetmotoren durch eine gute Zuverlässigkeit, einen großen Drehzahlbereich und einen hohen Wirkungsgrad aus. In Kombination mit der entsprechenden Steuerungsmethode kann das gesamte Motorsystem die beste Leistung erzielen. Daher ist es notwendig, einen geeigneten Steueralgorithmus auszuwählen, um eine effiziente Geschwindigkeitsregelung zu erreichen, damit das Motorantriebssystem in einem relativ breiten Geschwindigkeitsregelungsbereich und einem konstanten Leistungsbereich arbeiten kann.

Die Vektorsteuerungsmethode wird häufig im Algorithmus zur Geschwindigkeitssteuerung von Permanentmagnetmotoren verwendet. Es bietet die Vorteile eines breiten Geschwindigkeitsregelbereichs, eines hohen Wirkungsgrads, einer hohen Zuverlässigkeit, einer guten Stabilität und guter wirtschaftlicher Vorteile. Es wird häufig in Motorantrieben, Schienentransporten und Servomaschinen für Werkzeugmaschinen eingesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Verwendungszwecke ist auch die derzeit angewandte Vektorsteuerungsstrategie unterschiedlich.

4.Eigenschaften des Permanentmagnet-Synchronmotors

Der Permanentmagnet-Synchronmotor hat einen einfachen Aufbau, geringe Verluste und einen hohen Leistungsfaktor. Da im Vergleich zum elektrischen Erregermotor keine Bürsten, Kommutatoren und andere Geräte vorhanden sind, ist kein reaktiver Erregerstrom erforderlich, sodass der Statorstrom und der Widerstandsverlust kleiner sind, der Wirkungsgrad höher ist, das Erregerdrehmoment größer ist und die Steuerleistung größer ist ist besser. Es gibt jedoch Nachteile wie hohe Kosten und Startschwierigkeiten. Durch den Einsatz von Steuerungstechnik in Motoren, insbesondere durch den Einsatz von Vektorsteuerungssystemen, können Permanentmagnet-Synchronmotoren eine Drehzahlregelung über einen weiten Bereich, eine schnelle dynamische Reaktion und eine hochpräzise Positionierungssteuerung erreichen, sodass Permanentmagnet-Synchronmotoren mehr Menschen zum Dirigieren anregen umfangreiche Recherche.

5. Technische Eigenschaften des Anhui Mingteng Permanentmagnet-Synchronmotors

A. Der Motor hat einen hohen Leistungsfaktor und einen hohen Gütefaktor des Stromnetzes. Es ist kein Leistungsfaktorkompensator erforderlich und die Kapazität der Umspannwerksausrüstung kann vollständig genutzt werden.

B. Der Permanentmagnetmotor wird durch Permanentmagnete erregt und arbeitet synchron. Beim Antrieb von Ventilatoren und Pumpen kommt es zu keiner Drehzahlschwankung und der Rohrleitungswiderstand erhöht sich nicht;

C. Der Permanentmagnetmotor kann je nach Bedarf mit einem hohen Anlaufdrehmoment (mehr als dreimal) und einer hohen Überlastkapazität ausgelegt werden, wodurch das Phänomen „großes Pferd zieht kleinen Karren“ gelöst wird;

D. Der Blindstrom eines gewöhnlichen Asynchronmotors beträgt im Allgemeinen etwa das 0,5- bis 0,7-fache des Nennstroms. Der Permanentmagnet-Synchronmotor von Mingteng benötigt keinen Erregerstrom. Der Blindstrom von Permanentmagnetmotoren und Asynchronmotoren unterscheidet sich um etwa 50 % und der tatsächliche Betriebsstrom ist etwa 15 % niedriger als der von Asynchronmotoren.

e. Der Motor kann für den Direktanlauf ausgelegt werden und die äußeren Einbaumaße entsprechen denen der derzeit weit verbreiteten Asynchronmotoren, die Asynchronmotoren vollständig ersetzen können;

F. Durch das Hinzufügen eines Treibers können ein sanfter Start, ein sanfter Stopp und eine stufenlose Geschwindigkeitsregelung mit guter dynamischer Reaktion und einem weiter verbesserten Energiespareffekt erreicht werden.

G. Der Motor verfügt über viele topologische Strukturen, die die grundlegenden Anforderungen mechanischer Geräte in einem weiten Bereich und unter extremen Bedingungen direkt erfüllen;

H. Um die Systemeffizienz zu verbessern, die Übertragungskette zu verkürzen und die Wartungskosten zu senken, können Hoch- und Niedriggeschwindigkeits-Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Direktantrieb so konstruiert und hergestellt werden, dass sie den höheren Anforderungen der Benutzer gerecht werden.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) wurde 2007 gegründet. Es handelt sich um ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Permanentmagnet-Synchronmotoren mit ultrahohem Wirkungsgrad spezialisiert hat. Das Unternehmen nutzt moderne Motordesigntheorie, professionelle Designsoftware und selbst entwickelte Permanentmagnetmotor-Designprogramme, um das elektromagnetische Feld, das Flüssigkeitsfeld, das Temperaturfeld, das Spannungsfeld usw. des Permanentmagnetmotors zu simulieren, die Magnetkreisstruktur zu optimieren und zu verbessern die Energieeffizienz des Motors und stellen grundsätzlich den zuverlässigen Einsatz des Permanentmagnetmotors sicher.

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