Dengan perkembangan material magnet permanen tanah jarang pada tahun 1970-an, motor magnet permanen tanah jarang pun bermunculan. Motor magnet permanen menggunakan magnet permanen tanah jarang untuk eksitasi, dan magnet permanen dapat menghasilkan medan magnet permanen setelah dimagnetisasi. Performa eksitasinya sangat baik, dan lebih unggul daripada motor eksitasi listrik dalam hal stabilitas, kualitas, dan pengurangan kerugian, yang telah mengguncang pasar motor konvensional.

Dalam beberapa tahun terakhir, seiring pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern, kinerja dan teknologi material elektromagnetik, terutama material elektromagnetik tanah jarang, telah meningkat secara bertahap. Seiring dengan pesatnya perkembangan elektronika daya, teknologi transmisi daya, dan teknologi kontrol otomatis, kinerja motor sinkron magnet permanen semakin meningkat.

Selain itu, motor sinkron magnet permanen memiliki keunggulan ringan, struktur sederhana, ukuran kecil, karakteristik baik, dan kepadatan daya tinggi. Banyak lembaga penelitian ilmiah dan perusahaan secara aktif melakukan penelitian dan pengembangan motor sinkron magnet permanen, dan area aplikasinya akan semakin luas.

1.Dasar pengembangan motor sinkron magnet permanen

a.Aplikasi bahan magnet permanen tanah jarang berkinerja tinggi

Material magnet permanen tanah jarang telah melalui tiga tahap: SmCo5, Sm2Co17, dan Nd2Fe14B. Saat ini, material magnet permanen yang diwakili oleh NdFeB telah menjadi jenis material magnet permanen tanah jarang yang paling banyak digunakan karena sifat magnetiknya yang sangat baik. Perkembangan material magnet permanen telah mendorong perkembangan motor magnet permanen.

Dibandingkan dengan motor induksi tiga fase konvensional dengan eksitasi listrik, magnet permanen menggantikan kutub eksitasi listrik, menyederhanakan struktur, menghilangkan cincin selip dan sikat rotor, mewujudkan struktur tanpa sikat, dan mengurangi ukuran rotor. Hal ini meningkatkan kerapatan daya, kerapatan torsi, dan efisiensi kerja motor, serta membuat motor lebih kecil dan ringan, sehingga semakin memperluas cakupan aplikasinya dan mendorong pengembangan motor listrik menuju daya yang lebih tinggi.

b.Penerapan teori kontrol baru

Dalam beberapa tahun terakhir, algoritma kontrol telah berkembang pesat. Di antaranya, algoritma kontrol vektor telah memecahkan masalah strategi penggerak motor AC secara prinsip, sehingga motor AC memiliki kinerja kontrol yang baik. Munculnya kontrol torsi langsung menyederhanakan struktur kontrol, dan memiliki karakteristik kinerja sirkuit yang kuat untuk perubahan parameter serta kecepatan respons dinamis torsi yang cepat. Teknologi kontrol torsi tidak langsung memecahkan masalah pulsasi torsi besar dari torsi langsung pada kecepatan rendah, serta meningkatkan kecepatan dan akurasi kontrol motor.

c.Penerapan perangkat elektronika daya dan prosesor berkinerja tinggi

Teknologi elektronika daya modern merupakan antarmuka penting antara industri informasi dan industri tradisional, serta jembatan antara arus lemah dan arus kuat yang terkendali. Perkembangan teknologi elektronika daya memungkinkan terwujudnya strategi kendali penggerak.

Pada tahun 1970-an, serangkaian inverter serbaguna muncul, yang dapat mengubah daya frekuensi industri menjadi daya frekuensi variabel dengan frekuensi yang dapat disesuaikan secara kontinu, sehingga menciptakan kondisi untuk pengaturan kecepatan frekuensi variabel daya AC. Inverter ini memiliki kemampuan soft start setelah frekuensi diatur, dan frekuensi dapat naik dari nol ke frekuensi yang ditentukan pada laju tertentu, dan laju kenaikannya dapat disesuaikan secara kontinu dalam rentang yang luas, sehingga memecahkan masalah start pada motor sinkron.

2.Status perkembangan motor sinkron magnet permanen di dalam dan luar negeri

Motor pertama dalam sejarah adalah motor magnet permanen. Pada saat itu, kinerja material magnet permanen relatif buruk, dan gaya koersif serta remanensi magnet permanen terlalu rendah, sehingga segera digantikan oleh motor eksitasi listrik.

Pada tahun 1970-an, material magnet permanen tanah jarang yang diwakili oleh NdFeB memiliki gaya koersif, remanensi, kemampuan demagnetisasi yang kuat, dan produk energi magnetik yang besar, sehingga motor sinkron magnet permanen berdaya tinggi mulai dikenal. Kini, penelitian tentang motor sinkron magnet permanen semakin matang, dan berkembang menuju kecepatan tinggi, torsi tinggi, daya tinggi, dan efisiensi tinggi.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan investasi besar dari akademisi dan pemerintah dalam negeri, motor sinkron magnet permanen telah berkembang pesat. Dengan perkembangan teknologi mikrokomputer dan teknologi kontrol otomatis, motor sinkron magnet permanen telah banyak digunakan di berbagai bidang. Seiring perkembangan masyarakat, kebutuhan masyarakat akan motor sinkron magnet permanen menjadi lebih ketat, mendorong motor magnet permanen untuk berkembang menuju rentang pengaturan kecepatan yang lebih besar dan kontrol presisi yang lebih tinggi. Berkat peningkatan proses produksi saat ini, material magnet permanen berkinerja tinggi telah dikembangkan lebih lanjut. Hal ini secara signifikan mengurangi biayanya dan secara bertahap dapat diterapkan di berbagai bidang kehidupan.

3. Teknologi saat ini

a. Teknologi desain motor sinkron magnet permanen

Dibandingkan dengan motor eksitasi listrik biasa, motor sinkron magnet permanen tidak memiliki lilitan eksitasi listrik, cincin kolektor, dan kabinet eksitasi, yang tidak hanya meningkatkan stabilitas dan keandalan, tetapi juga efisiensi.

Di antara semuanya, motor magnet permanen terintegrasi mempunyai keunggulan efisiensi tinggi, faktor daya tinggi, kerapatan daya unit tinggi, kemampuan ekspansi kecepatan magnetik lemah yang kuat, dan kecepatan respons dinamis yang cepat, sehingga menjadikannya pilihan ideal untuk menggerakkan motor.

Magnet permanen menyediakan seluruh medan magnet eksitasi motor magnet permanen, dan torsi cogging akan meningkatkan getaran dan kebisingan motor selama pengoperasian. Torsi cogging yang berlebihan akan memengaruhi kinerja kecepatan rendah sistem kendali kecepatan motor dan pemosisian presisi tinggi sistem kendali posisi. Oleh karena itu, saat merancang motor, torsi cogging harus dikurangi semaksimal mungkin melalui optimasi motor.

Berdasarkan penelitian, metode umum untuk mengurangi torsi cogging meliputi perubahan koefisien busur kutub, pengurangan lebar slot stator, penyesuaian slot miring dan slot kutub, perubahan posisi, ukuran, dan bentuk kutub magnet, dan sebagainya. Namun, perlu diperhatikan bahwa pengurangan torsi cogging dapat memengaruhi kinerja motor lainnya, misalnya torsi elektromagnetik dapat berkurang. Oleh karena itu, berbagai faktor harus diseimbangkan semaksimal mungkin saat merancang motor untuk mencapai kinerja motor terbaik.

b.Teknologi simulasi motor sinkron magnet permanen

Keberadaan magnet permanen pada motor magnet permanen menyulitkan perancang untuk menghitung parameter, seperti perancangan koefisien fluks bocor tanpa beban dan koefisien busur kutub. Umumnya, perangkat lunak analisis elemen hingga digunakan untuk menghitung dan mengoptimalkan parameter motor magnet permanen. Perangkat lunak analisis elemen hingga dapat menghitung parameter motor dengan sangat akurat, dan sangat andal untuk digunakan dalam menganalisis dampak parameter motor terhadap kinerja.

Metode perhitungan elemen hingga memudahkan, mempercepat, dan lebih akurat bagi kita untuk menghitung dan menganalisis medan elektromagnetik motor. Metode numerik ini dikembangkan berdasarkan metode selisih dan telah banyak digunakan dalam sains dan teknik. Beberapa domain solusi kontinu didiskretkan ke dalam kelompok-kelompok unit menggunakan metode matematika, lalu diinterpolasi pada setiap unit. Dengan cara ini, fungsi interpolasi linier terbentuk, yaitu fungsi perkiraan disimulasikan dan dianalisis menggunakan elemen hingga. Hal ini memungkinkan kita untuk mengamati arah garis medan magnet dan distribusi kerapatan fluks magnet di dalam motor secara intuitif.

c.Teknologi kontrol motor sinkron magnet permanen

Peningkatan kinerja sistem penggerak motor juga sangat penting bagi perkembangan bidang kontrol industri. Hal ini memungkinkan sistem untuk digerakkan dengan kinerja terbaik. Karakteristik dasarnya tercermin dalam kecepatan rendah, terutama saat start-up cepat, akselerasi statis, dll., yang dapat menghasilkan torsi besar; dan saat melaju dengan kecepatan tinggi, dapat mencapai kontrol kecepatan daya konstan dalam rentang yang luas. Tabel 1 membandingkan kinerja beberapa motor utama.

Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1, motor magnet permanen memiliki keandalan yang baik, rentang kecepatan yang luas, dan efisiensi yang tinggi. Jika dikombinasikan dengan metode kontrol yang sesuai, keseluruhan sistem motor dapat mencapai kinerja terbaik. Oleh karena itu, perlu dipilih algoritma kontrol yang tepat untuk mencapai pengaturan kecepatan yang efisien, sehingga sistem penggerak motor dapat beroperasi dalam rentang kecepatan yang relatif luas dan rentang daya yang konstan.

Metode pengendalian vektor banyak digunakan dalam algoritma pengendalian kecepatan motor magnet permanen. Keunggulannya meliputi rentang pengaturan kecepatan yang lebar, efisiensi tinggi, keandalan tinggi, stabilitas yang baik, dan manfaat ekonomi yang baik. Metode ini banyak digunakan dalam penggerak motor, transportasi kereta api, dan servo perkakas mesin. Karena penggunaannya yang berbeda, strategi pengendalian vektor yang diterapkan saat ini pun berbeda.

4. Karakteristik motor sinkron magnet permanen

Motor sinkron magnet permanen memiliki struktur sederhana, rugi-rugi rendah, dan faktor daya tinggi. Dibandingkan dengan motor eksitasi listrik, karena tidak adanya sikat, komutator, dan perangkat lainnya, arus eksitasi reaktif tidak diperlukan. Akibatnya, arus stator dan rugi-rugi resistansi lebih kecil, efisiensi lebih tinggi, torsi eksitasi lebih besar, dan kinerja kontrol lebih baik. Namun, terdapat kekurangan seperti biaya tinggi dan kesulitan dalam penyalaan. Berkat penerapan teknologi kontrol pada motor, terutama penerapan sistem kendali vektor, motor sinkron magnet permanen dapat mencapai rentang pengaturan kecepatan yang luas, respons dinamis yang cepat, dan kontrol posisi presisi tinggi. Oleh karena itu, motor sinkron magnet permanen akan menarik lebih banyak orang untuk melakukan penelitian yang lebih luas.

5. Karakteristik teknis motor sinkron magnet permanen Anhui Mingteng

a. Motor memiliki faktor daya dan faktor kualitas jaringan listrik yang tinggi. Tidak diperlukan kompensator faktor daya, dan kapasitas peralatan gardu induk dapat dimanfaatkan sepenuhnya;

b. Motor magnet permanen digerakkan oleh magnet permanen dan beroperasi secara sinkron. Tidak ada pulsasi kecepatan, dan resistansi pipa tidak meningkat saat menggerakkan kipas dan pompa;

c. Motor magnet permanen dapat dirancang dengan torsi awal yang tinggi (lebih dari 3 kali) dan kapasitas kelebihan beban yang tinggi sesuai kebutuhan, sehingga memecahkan fenomena "kuda besar menarik kereta kecil";

d. Arus reaktif motor asinkron biasa umumnya sekitar 0,5-0,7 kali arus pengenal. Motor sinkron magnet permanen Mingteng tidak memerlukan arus eksitasi. Perbedaan arus reaktif motor magnet permanen dan motor asinkron sekitar 50%, dan arus operasi aktual sekitar 15% lebih rendah daripada motor asinkron;

e. Motor dapat dirancang untuk memulai secara langsung, dan dimensi pemasangan eksternal sama dengan motor asinkron yang saat ini banyak digunakan, yang dapat sepenuhnya menggantikan motor asinkron;

f. Menambahkan pengemudi dapat mencapai soft start, soft stop, dan pengaturan kecepatan stepless, dengan respons dinamis yang baik dan efek penghematan daya yang lebih ditingkatkan;

g. Motor memiliki banyak struktur topologi, yang secara langsung memenuhi persyaratan dasar peralatan mekanis dalam rentang yang luas dan dalam kondisi ekstrim;

h. Untuk meningkatkan efisiensi sistem, memperpendek rantai transmisi, dan mengurangi biaya perawatan, motor sinkron magnet permanen penggerak langsung kecepatan tinggi dan rendah dapat dirancang dan diproduksi untuk memenuhi kebutuhan pengguna yang lebih tinggi.

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) didirikan pada tahun 2007. Perusahaan ini merupakan perusahaan teknologi tinggi yang berspesialisasi dalam penelitian dan pengembangan, produksi, dan penjualan motor sinkron magnet permanen efisiensi ultra-tinggi. Perusahaan ini menggunakan teori desain motor modern, perangkat lunak desain profesional, dan program desain motor magnet permanen yang dikembangkan sendiri untuk mensimulasikan medan elektromagnetik, medan fluida, medan suhu, medan tegangan, dll. dari motor magnet permanen, mengoptimalkan struktur sirkuit magnetik, meningkatkan tingkat efisiensi energi motor, dan pada dasarnya memastikan keandalan penggunaan motor magnet permanen.

Hak Cipta: Artikel ini merupakan cetakan ulang dari nomor publik WeChat “Motor Alliance”, tautan aslinyahttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Artikel ini tidak mewakili pandangan perusahaan kami. Jika Anda memiliki pendapat atau pandangan yang berbeda, mohon koreksi kami!