Zašto sinhroni motori sa permanentnim magnetima postaju glavni pogonski motori?
Elektromotor može pretvoriti električnu energiju u mehaničku energiju i prenijeti mehaničku energiju na kotače putem prijenosnog sistema za pokretanje vozila. To je jedan od osnovnih pogonskih sistema vozila s novom energijom. Trenutno se najčešće korišteni pogonski motori u vozilima s novom energijom uglavnom koriste sinhroni motori s permanentnim magnetima i AC asinhroni motori. Većina vozila s novom energijom koristi sinhrone motore s permanentnim magnetima. Reprezentativne automobilske kompanije uključuju BYD, Li Auto itd. Neka vozila koriste AC asinhrone motore. Elektromotori predstavljaju automobilske kompanije kao što su Tesla i Mercedes-Benz.
Asinhroni motor se uglavnom sastoji od stacionarnog statora i rotirajućeg rotora. Kada je namotaj statora spojen na izvor naizmjenične struje, rotor se okreće i proizvodi snagu. Glavni princip je da kada se namotaj statora napaja (naizmjenična struja), on formira rotirajuće elektromagnetno polje, a namotaj rotora je zatvoreni provodnik koji kontinuirano presijeca linije magnetske indukcije statora u rotirajućem magnetnom polju statora. Prema Faradejevom zakonu, kada zatvoreni provodnik presiječe liniju magnetske indukcije, generirat će se struja, a struja će generirati elektromagnetno polje. U ovom trenutku postoje dva elektromagnetna polja: jedno je elektromagnetno polje statora povezano s vanjskom naizmjeničnom strujom, a drugo se generira presijecanjem linije elektromagnetske indukcije statora. Elektromagnetno polje rotora. Prema Lenzovom zakonu, inducirana struja će uvijek pružati otpor uzroku inducirane struje, odnosno pokušavati spriječiti provodnike na rotoru da presijeku linije magnetske indukcije rotirajućeg magnetnog polja statora. Rezultat je: provodnici na rotoru će "sustići" provodnike statora. Rotirajuće elektromagnetno polje znači da rotor juri rotirajuće magnetno polje statora i konačno motor počinje da se okreće. Tokom procesa, brzina rotacije rotora (n2) i brzina rotacije statora (n1) nisu sinhronizovane (razlika u brzini je oko 2-6%). Stoga se naziva asinhroni AC motor. Naprotiv, ako je brzina rotacije ista, naziva se sinhroni motor.
Sinhroni motor sa permanentnim magnetima je također vrsta AC motora. Njegov rotor je napravljen od čelika sa permanentnim magnetima. Kada motor radi, stator se napaja kako bi generirao rotirajuće magnetsko polje koje pokreće rotor da se okreće. "Sinhronizacija" znači da je brzina rotacije rotora tokom rada u stacionarnom stanju sinhronizovana sa brzinom rotacije magnetskog polja. Sinhroni motori sa permanentnim magnetima imaju veći odnos snage i težine, manji su, lakši, imaju veći izlazni obrtni moment i odlične performanse granične brzine i kočenja. Stoga su sinhroni motori sa permanentnim magnetima postali najčešće korišteni električni motori danas. Međutim, kada je materijal permanentnog magneta izložen vibracijama, visokoj temperaturi i struji preopterećenja, njegova magnetska permeabilnost se može smanjiti ili može doći do demagnetizacije, što može smanjiti performanse motora sa permanentnim magnetima. Osim toga, sinhroni motori sa permanentnim magnetima koriste materijale od rijetkih zemalja, a troškovi proizvodnje nisu stabilni.
U poređenju sa sinhronim motorima sa permanentnim magnetima, asinhroni motori moraju apsorbovati električnu energiju za pobudu tokom rada, što će trošiti električnu energiju i smanjiti efikasnost motora. Motori sa permanentnim magnetima su skuplji zbog dodatka permanentnih magneta.
Modeli koji biraju AC asinhrone motore obično daju prioritet performansama i iskorištavaju prednosti performansi i efikasnosti AC asinhronih motora pri velikim brzinama. Reprezentativni model je rani Model S. Glavne karakteristike: Kada se automobil vozi velikom brzinom, može održavati rad velikom brzinom i efikasno koristiti električnu energiju, smanjujući potrošnju energije uz održavanje maksimalne izlazne snage;
Modeli koji koriste sinhrone motore sa permanentnim magnetima imaju tendenciju da daju prioritet potrošnji energije i iskoriste performanse i efikasan rad sinhronih motora sa permanentnim magnetima pri malim brzinama, što ih čini pogodnim za male i srednje automobile. Njihove karakteristike su mala veličina, mala težina i produženi vijek trajanja baterije. Istovremeno, imaju dobre performanse regulacije brzine i mogu održavati visoku efikasnost pri ponovljenim pokretanjima, zaustavljanjima, ubrzanjima i usporavanjima.
Dominiraju sinhroni motori sa permanentnim magnetima. Prema statistikama iz "Mjesečne baze podataka o lancu industrije novih energetskih vozila" koju je objavio Institut za napredna industrijska istraživanja (GGII), domaći instalirani kapacitet pogonskih motora za nova energetska vozila od januara do augusta 2022. godine iznosio je približno 3,478 miliona jedinica, što je međugodišnje povećanje od 101%. Među njima, instalirani kapacitet sinhronih motora sa permanentnim magnetima iznosio je 3,329 miliona jedinica, što je međugodišnje povećanje od 106%; instalirani kapacitet asinhronih motora naizmjenične struje iznosio je 1,295 miliona jedinica, što je međugodišnje povećanje od 22%.
Sinhroni motori sa permanentnim magnetima postali su glavni pogonski motori na tržištu potpuno električnih putničkih automobila.
Sudeći po izboru motora za mainstream modele u zemlji i inostranstvu, nova energetska vozila koja su lansirali domaći SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors itd. koriste sinhrone motore sa permanentnim magnetima. Sinhroni motori sa permanentnim magnetima se uglavnom koriste u Kini. Prvo, zato što sinhroni motori sa permanentnim magnetima imaju dobre performanse pri malim brzinama i visoku efikasnost konverzije, što ih čini vrlo pogodnim za složene radne uslove sa čestim pokretanjima i zaustavljanjima u gradskom saobraćaju. Drugo, zbog neodimijum-željezo-boronskih permanentnih magnetnih magneta koji se koriste u sinhronim motorima sa permanentnim magnetima. Materijali zahtijevaju upotrebu rijetkih zemaljskih resursa, a moja zemlja ima 70% svjetskih resursa rijetkih zemaljskih elemenata, a ukupna proizvodnja NdFeB magnetnih materijala dostiže 80% svjetske proizvodnje, pa je Kina više zainteresovana za upotrebu sinhronih motora sa permanentnim magnetima.
Strani proizvođači, Tesla i BMW, koriste sinhrone motore sa permanentnim magnetima i asinhrone motore sa naizmjeničnom strujom za zajednički razvoj. Sa stanovišta strukture primjene, sinhroni motor sa permanentnim magnetima je glavni izbor za vozila sa novom energijom.
Trošak materijala za permanentne magnete čini oko 30% troškova sinhronih motora s permanentnim magnetima. Sirovine za proizvodnju sinhronih motora s permanentnim magnetima uglavnom uključuju neodimijum željezo bor, limove od silicijumskog čelika, bakar i aluminij. Među njima, materijal od permanentnog magneta, neodimijum željezo bor, uglavnom se koristi za izradu permanentnih magneta rotora, a sastav troškova je oko 30%; limovi od silicijumskog čelika se uglavnom koriste za izradu prilagođenih dijelova. Sastav troškova jezgre rotora je oko 20%; sastav troškova namotaja statora je oko 15%; sastav troškova osovine motora je oko 5%; a sastav troškova kućišta motora je oko 15%.
Zašto suOSG motori s permanentnim magnetima, vijčani kompresor zrakaefikasniji?
Sinhroni motor sa permanentnim magnetom uglavnom se sastoji od komponenti statora, rotora i kućišta. Kao i kod običnih AC motora, jezgro statora ima laminiranu strukturu kako bi se smanjili gubici željeza usljed vrtložnih struja i histereznih efekata kada motor radi; namotaji su također obično trofazne simetrične strukture, ali je odabir parametara sasvim drugačiji. Rotorski dio ima različite oblike, uključujući rotor sa permanentnim magnetom i početnim kavezom vjeverica, te ugrađeni ili površinski montirani rotor sa čistim permanentnim magnetom. Jezgro rotora može biti izrađeno u čvrstoj strukturi ili laminirano. Rotor je opremljen materijalom od permanentnog magneta, koji se obično naziva magnet.
Pri normalnom radu motora sa permanentnim magnetima, magnetna polja rotora i statora su u sinhronom stanju. U rotorskom dijelu nema indukovane struje, niti gubitaka bakra rotora, histereze ili gubitaka usljed vrtložnih struja. Nema potrebe razmatrati problem gubitaka i zagrijavanja rotora. Generalno, motor sa permanentnim magnetima napaja se posebnim frekventnim pretvaračem i prirodno ima funkciju mekog starta. Osim toga, motor sa permanentnim magnetima je sinhroni motor koji ima karakteristiku podešavanja faktora snage putem intenziteta pobude, tako da se faktor snage može projektovati na određenu vrijednost.
Sa stanovišta pokretanja, zbog činjenice da se motor sa permanentnim magnetima pokreće pomoću napajanja promjenjive frekvencije ili pomoćnog invertera, proces pokretanja motora sa permanentnim magnetima je vrlo jednostavan; sličan je pokretanju motora sa promjenjivom frekvencijom i izbjegava nedostatke pri pokretanju koji se javljaju kod običnih asinhronih motora sa kavezom.
Ukratko, efikasnost i faktor snage motora sa permanentnim magnetima mogu doseći vrlo visoke nivoe, struktura je vrlo jednostavna, a tržište je bilo veoma popularno u posljednjih deset godina.
Međutim, gubitak pobude je neizbježan problem kod motora sa permanentnim magnetima. Kada je struja prevelika ili je temperatura previsoka, temperatura namotaja motora će trenutno porasti, struja će se naglo povećati i permanentni magneti će brzo izgubiti pobudu. U kontroli motora sa permanentnim magnetima, uređaj za zaštitu od prekomjerne struje je postavljen kako bi se izbjegao problem pregorijevanja namotaja statora motora, ali su posljedični gubitak pobude i gašenje opreme neizbježni.
Vrijeme objave: 12. decembar 2023.
