1. Permanentmagnetmotor för sällsynt jord – motorns framtid

En permanentmagnetmotor av sällsynta jordartsmetaller är en ny typ av permanentmagnetmotor som dök upp i början av 1970-talet.

På grund av de utmärkta magnetiska egenskaperna hos permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller kan de etablera ett starkt permanent magnetfält utan extern energi efter magnetisering.

Sällsynt jordartsmagnetmotor har inte bara hög effektivitet utan har också en enkel struktur och pålitlig drift. Den kan också vara liten i storleken och lätt i vikt.

Gjorda till specialmotorer som kan uppfylla specifika driftskrav, såsom hissmotorer, specialmotorer för bilar, etc.

Kombinationen av permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller med kraftelektronikteknik och mikrodatorstyrningsteknik har förbättrat motorns och transmissionssystemets prestanda till en ny nivå.

Att förbättra prestanda och nivå på den tekniska utrustningen är en viktig utvecklingsriktning för bilindustrin för att anpassa den industriella strukturen.

Permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller används ofta inom nästan alla områden inom flyg, rymd, nationellt försvar, utrustningstillverkning, industri- och jordbruksproduktion och dagligt liv.

Det inkluderar permanentmagnet synkronmotorer, permanentmagnetgeneratorer, DC-motorer, borstlösa DC-motorer, AC permanentmagnetservomotorer, permanentmagnetlinjärmotorer, speciella permanentmagnetmotorer och relaterade styrsystem, som täcker nästan hela motorindustrin.

2. Stöd för motorpolicy för sällsynta jordartsmetaller med permanentmagnet

Den 22 november 2021 utfärdade ministeriet för industri och informationsteknologi och den statliga förvaltningen för marknadsreglering tillsammans "Motor Energy Efficiency Improvement Plan (2021-2023)", och föreslog att år 2023, den årliga produktionen av högeffektivitet och energi -sparmotorer kommer att nå 170 miljoner kilowatt, och andelen högeffektiva och energibesparande motorer i drift nådde mer än 20%, och den årliga elbesparingen var 49 miljarder kWh.

Dokumentet nämner tydligt att "För fläktar, pumpar, kompressorer, verktygsmaskiner och annan allmän utrustning, uppmuntra användningen av elmotorer med energieffektivitetsnivå 2 och högre.

För driftförhållanden med variabel belastning, främja permanentmagnetmotorer med variabel frekvens med energieffektivitetsnivå 2 och högre."

Enligt 2013 års version av standarden "Permanent Magnet Synchronous Motor" är den nuvarande produktionen av permanentmagnetmotorer fördelad i energiförbrukningsintervallerna på första och andra nivån; i kombination med "Motor Energy Efficiency Limits and Energy Efficiency Grades" (GB 18613-2020) och "Motor Energy Efficiency Improvement Plan", kan endast vissa högpresterande NdFeB permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller nå en verkningsgrad på mer än 95 % av energiförbrukningsstandard på första nivån (motsvarande IE5), och resten av sällsynta jordartsmetallmotorer med permanentmagneter tillhör den andra nivåns energiförbrukningsstandard.

För närvarande kan permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller spara mer än 10 % av elektriciteten och öka deras effektivitet till mer än 95 %.

Genom att använda synkronmotor med permanentmagnet med sällsynta jordartsmetaller kan energibesparingsgraden för reaktiv effekt nå 85% och energibesparingsgraden för aktiv effekt kan nå 23% ~ 25%. Den energibesparande effekten är anmärkningsvärd.

3. Varför bör vi kraftfullt utveckla sällsynta jordartsmetaller energibesparande motorer med permanentmagnet?

(1) Industrimotorer är de områden som förbrukar mest el i samhället.

År 2020 kommer Kinas motorinnehav att vara cirka 4 miljarder kilowatt, och den totala energiförbrukningen kommer att vara cirka 4.8 biljoner kwh, vilket motsvarar 64 % av den totala elförbrukningen i hela samhället.

Bland dem kommer den totala energiförbrukningen för motorer inom industriområdet att vara 3.84 biljoner kWh, och står för 75% av industriell elförbrukning, varje 1% ökning av energieffektiviteten för motorer inom industriområdet kan spara cirka 38.4 miljarder kWh el per år, och en ökning av energieffektiviteten med 3 % motsvarar den årliga elproduktionen i Three Gorges.

Statens råd utfärdade "2030 Carbon Peak Action Plan", som fokuserar på att främja energibesparing och effektivitetsförbättring av viktig energiförbrukande utrustning, med fokus på motorer, fläktar, pumpar, kompressorer, transformatorer, värmeväxlare, industripannor och annan utrustning för att förbättra energieffektivitetsstandarden.

Lagring Högeffektiva och energibesparande motorer avser generella standardmotorer med hög effektivitet

(uppfyller standarden på andra nivån i den nya standarden för motorenergieffektivitet). I maj 2020 tillkännagav Kina den senaste motorenergieffektivitetsstandarden "GB18613-2020 Motor Energy Efficiency Limits and Energy Efficiency Grades", standarden implementeras officiellt den 1 juni 2021, och energieffektiva motorer under IE3 (internationell standard) tvingades att stoppa produktionen.

Motortyper inkluderar trefasiga asynkronmotorer, permanentmagnetmotorer med sällsynta jordartsmetaller, etc. Traditionella asynkronmotorer kan ökas genom att öka material (öka ytterdiametern på järnkärnan, öka storleken på statorslitsen, öka vikten av koppartrådar och med användning av kiselstålplåtar med god magnetisk permeabilitet).

Men på grund av dess grundläggande arbetsprincip är det svårt att förbättra effektiviteten hos traditionella asynkronmotorer. Till exempel föredrar vissa IE4 och IE5 energieffektiva motorer att använda permanentmagnetläge.

(3) Ännu viktigare, jämfört med asynkronmotorer, har sällsynta jordartsmetallmotorer naturliga energibesparande fördelar.

1) Energibesparing:

Till skillnad från asynkronmotorn behöver permanentmagnetmotorns rotor ingen excitationsström, och energibesparingen är cirka 15% -20%.
2) Hög effektivitet:

Verkningsgraden för permanentmagnetmotorer är 2-19 procentenheter högre än för traditionella motorer.
3) Permanentmagnetmotor för sällsynt jord har en enkel struktur och låg felfrekvens.
4) Lång livslängd:

Permanentmagnetmotorns rotor antar en inbäddad tätad struktur, vilket är fördelaktigt för att minska friktion och oxidation under rotation och förbättra motorns stabilitet och livslängd.

(4) Återvinningscykeln för att ersätta sällsynta jordartsmetallmotorer med permanentmagneter är cirka 1-2 år, och de ekonomiska fördelarna är faktiskt uppenbara.

4. Skillnaderna mellan permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller och traditionella motorer

En permanentmagnetmotor är en DC/AC-synkronmotor där statorn är en permanentmagnet och endast rotorn är en spole. Statorn för en vanlig motor är en spole (elektromagnet).

1) Magnetfältets natur.

Efter att permanentmagnetmotorn är tillverkad kan den behålla sitt magnetfält utan extern energi; traditionella motorer behöver elektrisk ström för att ha ett magnetfält.

2) Tillämpliga tillfällen.

Traditionella motorer måste driva en reduktionsmekanism för att uppnå högt vridmoment, medan sällsynta jordartsmetaller med permanentmagnetmotorer kan ersätta reduktionsmekanismen för att uppnå direktdrift.

3) Permanentmagnetmotorn har små vibrationer och god körstabilitet.

4) Hög effekttäthet och effektivitet.

Jämfört med vanliga motorer har permanentmagnetmotorer hög effekttäthet, vilket främst innebär att permanentmagnetmotorer är små i storlek och stora i kraftgenerering eller effekt.

Jämfört med vanliga motorer kan energibesparingen nå 20% -40%. Rotorstrukturen för permanentmagnetmotorn skiljer sig från den för den vanliga motorn.

Permanentmagnetpolerna är installerade på permanentmagnetmotorns rotor; excitationsspolen är installerad på den vanliga motorns rotor, och magnetfältet måste förses med ström.
Jämfört med traditionella motorer sparar varje hastighetspunkt ström, speciellt vid låga hastigheter.

5) Liten storlek, lätt, låg temperaturökning

Permanentmagnetmotorn har en enkel struktur.

På grund av användningen av högpresterande permanentmagneter för att tillhandahålla magnetfältet, förbättras luftgapets magnetfält för permanentmagnetmotorn avsevärt jämfört med vanliga motorer, medan volymen och vikten av permanentmagnetmotorer reduceras kraftigt jämfört med vanliga motorer .

Storlekar och former är också flexibla. Den icke-elektriska exciteringen av rotorn gör att det inte sker någon förlust och värmeutveckling.

Därför är temperaturökningen för permanentmagnetmotorer i allmänhet mycket låg.

6) Lägre felfrekvens, ofta använd

På grund av användningen av högpresterande permanentmagnetmaterial för sällsynta jordartsmetaller för att tillhandahålla magnetfältet är felfrekvensen lägre och användningen är vanligare.

7) Stort startmoment och bra prestanda

Eftersom rotorlindningen inte fungerar när permanentmagnetmotorn fungerar normalt, kan rotorlindningen konstrueras för att fullt ut uppfylla kraven på högt startmoment, till exempel från 1.8 gånger till 2.5 gånger, eller ännu mer.

5. Hur lång livslängd har en permanentmagnetmotor för sällsynta jordartsmetaller? Kommer magnetismen att försvagas med tiden?

Livslängden för permanentmagnetmotorn är vanligtvis 15-20 år, och motorns livslängd beror huvudsakligen på användarens underhåll.

Dessutom kommer kvaliteten på permanentmagnetmotorns användningsmiljö och faktorer som elektricitet, magnetism, värme, vibrationer och andra faktorer som motorn tar emot under användning att påverka livslängden för permanentmagnetsynkronmotorn!

Generella magneter har en livslängd. Vid användning under ett visst antal år kommer magnetismen att försvagas, men de magnetiska egenskaperna hos NdFeB permanentmagnetmaterial förändras mycket lite med tiden, och permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller är inom motorns designlivslängd (10-20 år).

Den magnetiska prestandadämpningen är mindre än 3 %. Under den befintliga motordesignen och elektroniska styrtekniken har det liten inverkan på motorns totala prestanda.

Orsaker till avmagnetisering av permanentmagnetmotorer:

01. Felaktigt val av magnetiska stålsorter

Om beräkningen av motorkonstruktionen inte är tillräckligt noggrann och en lägre grad är felaktigt vald, till exempel permanentmagneten på 180 °C bör väljas men 155 °C är felaktigt vald, kan det finnas en sådan situation: det första testet rekordindex för testprocessen är mycket bra, eftersom motorn gradvis tenderar att vara termiskt stabil, börjar motorns relevanta indikatorer försämras och avviker mer och mer från designförväntningarna. Vid ett visst ögonblick ökar strömmen kraftigt, växelriktaren stannar snabbt och en överströmskod visas. Testa motorns tomgångsegenskaper igen, vilket indikerar att motorn har förlorat sin magnetism, och det magnetiska stålet måste bytas ut.

02. Överhettning av avmagnetiseringsproblemet

Överhettning förlust av magnetism är ett känsligt ämne, och minskningen av magneternas magnetiska egenskaper kan också leda till överströms- och överhettningsproblem. Om påverkan av magnetstålets magnetiska egenskaper utesluts och endast den termiska faktorn beaktas, kan det fastställas att det finns två situationer där fenomenet med överhettningsavmagnetisering kommer att inträffa: för det första är cirkulationsventilationsvägen i motorn orimligt, vilket bryter mot den naturliga lagen för kyla och värmeledning, vilket resulterar i lokal värmeackumulering; för det andra, lindningens värmebelastning är för hög och värmegenereringen överstiger värmeväxlingsnivån för motorns värmeväxlingssystem.

03. Problemet med överdriven avmagnetiseringsström

När motorn är igång, när belastningsströmmen överstiger magnetens anti-avmagnetiseringsförmåga, kommer det att orsaka irreversibel avmagnetisering av magneten, vilket ytterligare kommer att öka belastningsströmmen och förvärra den irreversibla avmagnetiseringen av magneten. Denna fram- och återgående rörelse accelererar irreversibel avmagnetisering fram till avmagnetisering.

Hur förhindrar man avmagnetisering av permanentmagnetmotorer?

01. Rätt val av permanentmagnetmotoreffekt:

Avmagnetisering är relaterad till effektvalet för permanentmagnetmotorer. Korrekt val av PM-motoreffekt kan förhindra eller fördröja avmagnetisering. Huvudskälet till avmagnetiseringen av permanentmagnetens synkronmotor är att temperaturen är för hög, och överbelastningen är huvudorsaken till den höga temperaturen. Därför bör en viss marginal lämnas vid val av kraft för permanentmagnetmotorn. Enligt den faktiska situationen för lasten är i allmänhet cirka 20 % mer lämpligt.

02. Undvik start med tung belastning och frekvent start:

Permanentmagnetsynkronmotorer försöker undvika direktstart eller frekvent start av tunga belastningar. Under startprocessen oscillerar startmomentet, och i dalsektionen av startmomentet avmagnetiserar statorns magnetfält rotorns magnetiska pol. Försök därför att undvika den tunga belastningen och frekventa start av permanentmagnetsynkronmotorn.

03. Förbättra designen:

(1) Öka tjockleken på permanentmagneten på lämpligt sätt:

Ur perspektivet av design och tillverkning av synkronmotorer med permanentmagnet bör förhållandet mellan ankarreaktion, elektromagnetiskt vridmoment och permanentmagnetavmagnetisering övervägas.

Under den kombinerade verkan av det magnetiska flödet som produceras av vridmomentlindningsströmmen och det magnetiska flödet som produceras av den radiella kraftlindningen, orsakar permanentmagneterna på rotorytan lätt avmagnetisering.

Under förutsättning att motorns luftgap förblir oförändrad, för att säkerställa att permanentmagneten inte avmagnetiseras, är den mest effektiva metoden att på lämpligt sätt öka tjockleken på permanentmagneten.

(2) Det finns en ventilationsspårkrets inuti rotorn för att minska rotorns temperaturstegring:

Om temperaturen på rotorn är för hög kommer permanentmagneten att orsaka irreversibel magnetismförlust. I den strukturella designen kan rotorns interna ventilationskrets utformas för att direkt kyla det magnetiska stålet. Minskar inte bara temperaturen på det magnetiska stålet, utan förbättrar också dess effektivitet.