В сравнение с традиционните двигатели с електрическо възбуждане, двигателите с постоянен магнит, особено двигателите с постоянен магнит с редкоземни елементи, имат проста структура и надеждна работа.Малък обем и леко тегло;Ниска загуба и висока ефективност;Формата и размерът на двигателя могат да бъдат гъвкави и разнообразни.Следователно обхватът на приложение е изключително широк, почти в цялата област на космическата промишленост, националната отбрана, промишленото и селскостопанско производство и ежедневието.По-долу са представени основните характеристики и приложения на няколко типични двигателя с постоянен магнит.
1. В сравнение с традиционните генератори, синхронните генератори с редкоземни постоянни магнити не се нуждаят от контактни пръстени и устройства с четки, с проста структура и намален процент на повреда.Редкоземният постоянен магнит може също така да увеличи магнитната плътност на въздушната междина, да увеличи скоростта на двигателя до оптималната стойност и да подобри съотношението мощност към маса.Генераторите с редкоземни постоянни магнити се използват почти всички в съвременните авиационни и космически генератори.Неговите типични продукти са 150 kVA 14-полюсни 12 000 r/min ~ 21 000 r/min и 100 kVA 60 000 r/min редкоземни кобалтови синхронни генератори с постоянен магнит, произведени от General Electric Company of America.Първият редкоземен двигател с постоянен магнит, разработен в Китай, е генератор с постоянен магнит с мощност 3 kW 20 000 r/min.
Генераторите с постоянен магнит се използват и като спомагателни възбудители за големи турбогенератори.През 80-те години Китай успешно разработи най-големия спомагателен възбудител с редкоземни постоянни магнити в света с капацитет от 40 kVA ~ 160 kVA и оборудван с 200 MW ~ 600 MW турбогенератори, което значително подобри надеждността на работата на електроцентралата.
Понастоящем постепенно се популяризират малки генератори, задвижвани от двигатели с вътрешно горене, генератори с постоянен магнит за превозни средства и малки вятърни генератори с постоянен магнит, директно задвижвани от вятърни колела.
2. Високоефективен синхронен двигател с постоянен магнит В сравнение с асинхронния двигател, синхронният двигател с постоянен магнит не се нуждае от реактивен ток на възбуждане, което може значително да подобри фактора на мощността (до 1 или дори капацитивен), да намали тока на статора и загубата на съпротивление на статора, и няма загуба на мед на ротора по време на стабилна работа, като по този начин се намалява вентилаторът (мотор с малък капацитет може дори да премахне вентилатора) и съответните загуби от триене при вятър.В сравнение с асинхронен двигател със същата спецификация, ефективността може да се увеличи с 2 ~ 8 процентни пункта.Освен това, синхронният двигател с постоянен магнит може да поддържа висока ефективност и фактор на мощността в номиналния диапазон на натоварване от 25% ~ 120%, което прави ефекта на спестяване на енергия по-забележителен при работа под леко натоварване.Обикновено този вид двигател е оборудван със стартова намотка на ротора, която има способността да стартира директно при определена честота и напрежение.Понастоящем се използва главно в нефтени находища, текстилна и химическа промишленост, керамична и стъкларска промишленост, вентилатори и помпи с дълго годишно време на работа и др.
Синхронният двигател с постоянен магнит NdFeB с висока ефективност и висок начален въртящ момент, независимо разработен от нашата страна, може да реши проблема с „голямата конска количка“ в приложението на нефтените находища.Стартовият въртящ момент е с 50% ~ 100% по-голям от този на асинхронния двигател, който може да замени асинхронния двигател с по-голямо базово число, а степента на пестене на енергия е около 20%.
В текстилната промишленост инерционният момент на товара е голям, което изисква висок теглителен момент.Разумният дизайн на коефициента на утечка без товар, съотношението на изпъкналите полюси, съпротивлението на ротора, размера на постоянния магнит и завъртанията на намотката на статора на синхронния двигател с постоянен магнит може да подобри тяговата производителност на двигателя с постоянен магнит и да насърчи приложението му в нови индустрии за текстил и химически влакна.
Вентилаторите и помпите, използвани в големи електроцентрали, мини, петролна, химическа и други индустрии, са големи потребители на енергия, но ефективността и факторът на мощността на използваните в момента двигатели са ниски.Използването на постоянни магнити NdFeB не само подобрява ефективността и фактора на мощността, спестява енергия, но също така има безчеткова структура, което подобрява надеждността на работа.Понастоящем 1 120kW синхронен двигател с постоянен магнит е най-мощният в света асинхронен стартов високоефективен двигател с постоянен магнит с редкоземни елементи.Ефективността му е по-висока от 96,5% (ефективността на двигателя със същата спецификация е 95%), а факторът му на мощност е 0,94, което може да замени обикновения мотор с 1 ~ 2 степени на мощност, по-големи от него.
3. AC серво мотор с постоянен магнит и безчетков DC двигател с постоянен магнит сега все повече използват захранване с променлива честота и AC мотор, за да образуват система за контрол на скоростта на AC вместо система за контрол на скоростта на DC мотор.При променливотоковите двигатели скоростта на синхронния двигател с постоянен магнит поддържа постоянна връзка с честотата на захранването по време на стабилна работа, така че да може да се използва директно в система за управление на скоростта с отворена верига с променлива честота.Този вид двигател обикновено се стартира чрез постепенно увеличаване на честотата на честотния преобразувател.Не е необходимо да се настройва стартовата намотка на ротора, а четката и комутаторът са пропуснати, така че поддръжката е удобна.
Самосинхронният двигател с постоянен магнит се състои от синхронен двигател с постоянен магнит, захранван от честотен преобразувател и система за управление на позицията на ротора със затворен контур, която не само има отлична производителност на регулиране на скоростта на електрически възбуден DC двигател, но също така реализира безчеткови.Използва се главно в случаи с висока точност и надеждност на управление, като авиация, космонавтика, машини с ЦПУ, обработващи центри, роботи, електрически превозни средства, компютърна периферия и др.
Понастоящем са разработени синхронен двигател и задвижваща система с постоянен магнит NdFeB с широк диапазон на скоростта и съотношение на скоростта на мощността Gao Heng, със съотношение на скоростта 1: 22 500 и гранична скорост от 9 000 r/min.Характеристиките на висока ефективност, ниска вибрация, нисък шум и висока плътност на въртящия момент на двигателя с постоянен магнит са най-идеалните двигатели в електрически превозни средства, машинни инструменти и други задвижващи устройства.
С непрекъснатото подобряване на жизнения стандарт на хората изискванията към домакинските уреди стават все по-високи.Например битовият климатик е не само голям консуматор на електроенергия, но и основен източник на шум.Тенденцията на неговото развитие е да използва безчетков DC двигател с постоянен магнит с безстепенно регулиране на скоростта.Той може автоматично да се регулира на подходяща скорост според промяната на стайната температура и да работи дълго време, като намалява шума и вибрациите, кара хората да се чувстват по-комфортно и спестява 1/3 от електроенергията в сравнение с климатика без регулиране на скоростта.Други хладилници, перални, прахоуловители, вентилатори и т.н. постепенно преминават към безчеткови постояннотокови двигатели.
4. DC двигател с постоянен магнит DC моторът използва възбуждане с постоянен магнит, което не само запазва добрите характеристики на регулиране на скоростта и механичните характеристики на електрически възбуден DC двигател, но също така има характеристиките на проста структура и технология, малък обем, ниска консумация на мед, висока ефективност и т.н., тъй като намотката на възбуждане и загубата на възбуждане са пропуснати.Следователно постояннотоковите двигатели с постоянен магнит се използват широко от домакински уреди, преносими електронни устройства, електрически инструменти до прецизни системи за предаване на скорост и позиция, които изискват добри динамични характеристики.Сред микро двигателите с постоянен ток под 50 W, двигателите с постоянен магнит представляват 92%, докато тези под 10 W представляват повече от 99%.
В момента китайската автомобилна индустрия се развива бързо и автомобилната индустрия е най-големият потребител на двигатели с постоянен магнит, които са ключовите компоненти на автомобилите.В един ултралуксозен автомобил има повече от 70 двигателя с различно предназначение, повечето от които са микромотори с постоянен магнит с ниско напрежение.Когато NdFeB постоянни магнити и планетарни предавки се използват в стартерни двигатели за автомобили и мотоциклети, качеството на стартерните двигатели може да бъде намалено наполовина.
Класификация на двигателите с постоянен магнит
Има много видове постоянни магнити.Според функцията на двигателя, той може грубо да бъде разделен на две категории: генератор с постоянен магнит и двигател с постоянен магнит.
Двигателите с постоянен магнит могат да бъдат разделени на двигатели с постоянен магнит DC и двигатели с постоянен магнит AC.AC моторът с постоянен магнит се отнася до многофазния синхронен двигател с ротор с постоянен магнит, така че често се нарича синхронен двигател с постоянен магнит (PMSM).
DC двигателите с постоянен магнит могат да бъдат разделени на безчеткови DC двигатели с постоянен магнит и безчеткови DC двигатели с постоянен магнит (BLDCM), ако се класифицират според това дали има електрически превключватели или комутатори.
В наши дни теорията и технологията на съвременната силова електроника се развиват значително в света.С появата на силови електронни устройства, като MOSFET, IGBT и MCT, контролните устройства претърпяха фундаментални промени.Откакто F. Blaceke изложи принципа на векторно управление на променливотоков двигател през 1971 г., развитието на технологията за векторно управление постави началото на нова ера на променливотоково управление на серво задвижване и различни високопроизводителни микропроцесори непрекъснато се изтласкват, което допълнително ускорява развитието на AC серво система вместо DC серво система.Неизбежна тенденция е AC-I серво системата да замени DC серво системата.Въпреки това, синхронният двигател с постоянен магнит (PMSM) със синусоидална обратна едс и безчетковият постояннотоков двигател (BLIX~) с трапецовидна обратна емп със сигурност ще се превърнат в основния поток при разработването на високопроизводителна променливотокова серво система поради отличната им производителност.