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Motore a magneti permanenti a terre rare è un nuovo tipo di motore a magnete permanente apparso all'inizio degli anni '1970.
Grazie alle eccellenti proprietà magnetiche dei materiali magnetici permanenti delle terre rare, dopo la magnetizzazione possono stabilire un forte campo magnetico permanente senza energia esterna.
Il motore a magneti permanenti delle terre rare non solo ha un'elevata efficienza ma ha anche una struttura semplice e un funzionamento affidabile. Può anche essere di piccole dimensioni e leggero.
Realizzati motori speciali in grado di soddisfare specifici requisiti operativi, come motori di trazione per ascensori, motori speciali per automobili, ecc.
La combinazione di motori a magneti permanenti in terre rare con la tecnologia dell'elettronica di potenza e la tecnologia di controllo del microcomputer ha migliorato le prestazioni del motore e del sistema di trasmissione a un nuovo livello.
Migliorare le prestazioni e il livello delle attrezzature tecniche di supporto è un'importante direzione di sviluppo per l'industria automobilistica per adeguare la struttura industriale.
Motori a magneti permanenti a terre rare sono ampiamente utilizzati in quasi tutti i campi dell'aviazione, aerospaziale, difesa nazionale, produzione di apparecchiature, produzione industriale e agricola e vita quotidiana.
Comprende motori sincroni a magneti permanenti, generatori a magneti permanenti, motori CC, motori CC senza spazzole, servomotori CA a magneti permanenti, motori lineari a magneti permanenti, motori speciali a magneti permanenti e relativi sistemi di controllo, che coprono quasi l'intero settore automobilistico.
Il 22 novembre 2021, il Ministero dell'Industria e dell'Informatica e l'Amministrazione statale per la regolamentazione del mercato hanno pubblicato congiuntamente il "Piano di miglioramento dell'efficienza energetica dei motori (2021-2023)", proponendo che entro il 2023, la produzione annuale di motori ad alta efficienza ed energia I motori a risparmio energetico raggiungeranno i 170 milioni di kilowatt e la percentuale di motori ad alta efficienza e a risparmio energetico in servizio ha raggiunto oltre il 20% e il risparmio annuo di elettricità è stato di 49 miliardi di kWh.
Il documento menziona chiaramente che “per ventilatori, pompe, compressori, macchine utensili e altre apparecchiature di uso generale, incoraggiare l’uso di motori elettrici con livello di efficienza energetica 2 e superiore.
Per condizioni operative a carico variabile, promuovere motori a magneti permanenti a frequenza variabile con livello di efficienza energetica 2 e superiore”.
Secondo la versione 2013 dello standard “Permanent Magnet Synchronous Motor”, l’attuale produzione di motori a magneti permanenti è distribuita negli intervalli di consumo energetico di primo e secondo livello; combinato con i "Limiti di efficienza energetica del motore e gradi di efficienza energetica" (GB 18613-2020) e il "Piano di miglioramento dell'efficienza energetica del motore", solo alcuni motori a magneti permanenti a terre rare NdFeB ad alte prestazioni possono raggiungere l'efficienza di oltre il 95% del standard di consumo energetico di primo livello (corrispondente a IE5) e il resto dei motori a magneti permanenti in terre rare appartengono allo standard di consumo energetico di secondo livello.
Attualmente, i motori a magneti permanenti a terre rare possono risparmiare più del 10% di elettricità e aumentare la loro efficienza fino a oltre il 95%.
Utilizzando un motore sincrono a magneti permanenti a terre rare, il tasso di risparmio energetico della potenza reattiva può raggiungere l'85% e il tasso di risparmio energetico della potenza attiva può raggiungere il 23%~25%. L'effetto di risparmio energetico è notevole.
I motori industriali sono i settori che consumano più elettricità nella società.
Nel 2020, il parco motori cinese ammonterà a circa 4 miliardi di kilowatt e il consumo energetico totale sarà di circa 4.8 trilioni di kwh, pari al 64% del consumo totale di elettricità dell'intera società.
Tra questi, il consumo energetico totale dei motori in campo industriale sarà di 3.84 trilioni di kWh, pari al 75% del consumo di elettricità industriale, ogni aumento dell'1% nell'efficienza energetica dei motori in campo industriale può far risparmiare circa 38.4 miliardi di kWh di elettricità all’anno, e un aumento del 3% dell’efficienza energetica equivale alla produzione annua di energia delle Tre Gole.
Il Consiglio di Stato ha pubblicato il “Piano d’azione Carbon Peak 2030”, che si concentra sulla promozione del risparmio energetico e del miglioramento dell’efficienza delle principali apparecchiature che consumano energia, concentrandosi su motori, ventilatori, pompe, compressori, trasformatori, scambiatori di calore, caldaie industriali e altre apparecchiature per migliorare in modo completo gli standard di efficienza energetica.
I motori ad alta efficienza e a risparmio energetico si riferiscono a motori standard per uso generale ad alta efficienza
Nel maggio 2020, la Cina ha annunciato l'ultimo standard di efficienza energetica dei motori "Limiti di efficienza energetica dei motori GB18613-2020 e gradi di efficienza energetica". Lo standard è stato ufficialmente implementato il 1° giugno 2021 e i motori ad alta efficienza energetica inferiori a IE3 (standard internazionale) sono stati costretti per fermare la produzione.
I tipi di motore includono motori asincroni trifase, motori a magneti permanenti a terre rare, ecc. I motori asincroni tradizionali possono essere aumentati aumentando i materiali (aumentando il diametro esterno del nucleo di ferro, aumentando la dimensione della fessura dello statore, aumentando il peso dei fili di rame , e utilizzando lamiere di acciaio al silicio con buona permeabilità magnetica).
Tuttavia, a causa del suo principio di funzionamento di base, è difficile migliorare l’efficienza dei tradizionali motori asincroni. Ad esempio, alcuni motori ad alta efficienza energetica IE4 e IE5 preferiscono utilizzare la modalità a magnete permanente.
Ancora più importante, rispetto ai motori asincroni, i motori a magneti permanenti a terre rare presentano vantaggi naturali in termini di risparmio energetico.
1) Risparmio energetico:
A differenza del motore asincrono, il rotore del motore a magnete permanente non necessita di corrente di eccitazione e il risparmio energetico è di circa il 15%-20%.
2) Alta efficienza:
L'efficienza dei motori a magneti permanenti è superiore di 2-19 punti percentuali rispetto a quella dei motori tradizionali.
3) Sstruttura semplice e basso tasso di fallimento.
4) Lunga vita:
Il rotore del motore a magnete permanente adotta una struttura sigillata incorporata, utile per ridurre l'attrito e l'ossidazione durante la rotazione e migliorare la stabilità e la durata del motore.
Il ciclo di recupero della sostituzione dei motori a magneti permanenti a terre rare è di circa 1-2 anni e i vantaggi economici sono in realtà evidenti.
Un motore a magnete permanente è un motore sincrono CC/CA in cui lo statore è un magnete permanente e solo il rotore è una bobina. Lo statore di un normale motore è una bobina (elettromagnete).
La natura del campo magnetico.
Una volta realizzato, il motore a magnete permanente può mantenere il suo campo magnetico senza energia esterna; i motori tradizionali necessitano di corrente elettrica per avere un campo magnetico.
Occasioni applicabili.
I motori tradizionali devono azionare un meccanismo di riduzione per ottenere una coppia elevata, mentre i motori a magneti permanenti a terre rare possono sostituire il meccanismo di riduzione per ottenere un azionamento diretto.
Il motore a magnete permanente ha piccole vibrazioni e una buona stabilità di funzionamento.
Elevata densità di potenza ed efficienza
Rispetto ai motori ordinari, i motori a magneti permanenti hanno un'elevata densità di potenza, il che significa principalmente che i motori a magneti permanenti sono di piccole dimensioni e grandi in termini di generazione o uscita di energia.
Rispetto ai motori ordinari, il risparmio energetico può raggiungere il 20%-40%. La struttura del rotore del motore a magnete permanente è diversa da quella del motore normale.
I poli dei magneti permanenti sono installati sul rotore del motore a magneti permanenti; la bobina di eccitazione è installata sul rotore del motore ordinario e il campo magnetico deve essere alimentato con corrente.
Rispetto ai motori tradizionali, qualsiasi punto di velocità consente di risparmiare energia, soprattutto alle basse velocità.
Aumento di piccola dimensione, leggero, a bassa temperatura
Il motore a magnete permanente ha una struttura semplice.
Grazie all'uso di magneti permanenti ad alte prestazioni per fornire il campo magnetico, il campo magnetico del traferro del motore a magnete permanente è notevolmente migliorato rispetto ai motori normali, mentre il volume e il peso dei motori a magneti permanenti sono notevolmente ridotti rispetto ai motori normali .
Anche le dimensioni e le forme sono flessibili. L'eccitazione non elettrica del rotore fa sì che non vi siano perdite e generazione di calore.
Pertanto, l'aumento di temperatura dei motori a magneti permanenti è generalmente molto basso.
Tasso di fallimento inferiore, ampiamente utilizzato
A causa dell'uso di materiali magnetici permanenti di terre rare ad alte prestazioni per fornire il campo magnetico, il tasso di guasto è inferiore e l'uso è più comune.
Grande coppia di spunto e buone prestazioni
Poiché l'avvolgimento del rotore non funziona quando il motore a magnete permanente funziona normalmente, l'avvolgimento del rotore può essere progettato per soddisfare pienamente i requisiti di coppia di avviamento elevata, ad esempio da 1.8 a 2.5 volte o anche maggiore.
La durata del motore a magnete permanente è generalmente di 15-20 anni e la durata del motore dipende principalmente dalla manutenzione dell'utente.
Inoltre, la qualità dell'ambiente di utilizzo del motore a magnete permanente e fattori quali elettricità, magnetismo, calore, vibrazioni e altri fattori che il motore riceve durante l'uso influenzeranno la durata del motore sincrono a magnete permanente!
I magneti generali hanno una durata di servizio. Se utilizzati per un certo numero di anni, il magnetismo si indebolisce, ma le proprietà magnetiche dei materiali dei magneti permanenti NdFeB cambiano molto poco nel tempo e i magneti permanenti delle terre rare rientrano nella durata prevista del motore (10-20 anni).
L'attenuazione delle prestazioni magnetiche è inferiore al 3%. Con il design del motore esistente e la tecnologia di controllo elettronico, l'impatto sulle prestazioni complessive del motore è minimo.
Selezione impropria delle qualità di acciaio magnetico
Se il calcolo del progetto del motore non è sufficientemente accurato e viene selezionato erroneamente un grado inferiore, ad esempio si dovrebbe selezionare il magnete permanente di 180°C ma 155°C, potrebbe verificarsi una situazione del genere: il test iniziale L'indice record del processo di test è molto buono. Poiché il motore tende gradualmente ad essere termicamente stabile, gli indicatori rilevanti del motore iniziano a deteriorarsi e si discostano sempre di più dalle aspettative di progettazione. Ad un certo punto, la corrente aumenta bruscamente, l'inverter si ferma rapidamente e viene visualizzato un codice di sovracorrente. Testare nuovamente le caratteristiche a vuoto del motore, indicando che il motore ha perso il suo magnetismo e che l'acciaio magnetico deve essere sostituito.
Surriscaldamento del problema della smagnetizzazione
La perdita di magnetismo dovuta al surriscaldamento è un argomento delicato e la diminuzione delle proprietà magnetiche dei magneti può anche portare a problemi di sovracorrente e surriscaldamento. Se si esclude l'influenza delle proprietà magnetiche dell'acciaio magnetico e si considera solo il fattore termico, si può determinare che ci sono due situazioni in cui si verificherà il fenomeno della smagnetizzazione per surriscaldamento: in primo luogo, il percorso di circolazione e ventilazione nel motore è irragionevole, che viola la legge naturale della conduzione del freddo e del caldo, con conseguente accumulo di calore localizzato; in secondo luogo, il carico termico dell'avvolgimento è troppo elevato e la generazione di calore supera il livello di scambio termico del sistema di scambio termico del motore.
Il problema dell'eccessiva corrente di smagnetizzazione
Quando il motore è in funzione, quando la corrente di carico supera la capacità antismagnetizzazione del magnete, si causerà una smagnetizzazione irreversibile del magnete, che aumenterà ulteriormente la corrente di carico e aggraverà la smagnetizzazione irreversibile del magnete. Questo moto alternativo accelera la smagnetizzazione irreversibile fino alla smagnetizzazione.
Selezione corretta della potenza del motore a magnete permanente:
La smagnetizzazione è correlata alla selezione della potenza dei motori a magneti permanenti. La corretta selezione della potenza del motore PM può prevenire o ritardare la smagnetizzazione. Il motivo principale della smagnetizzazione del motore sincrono a magnete permanente è che la temperatura è troppo elevata e il sovraccarico è la ragione principale dell'alta temperatura. Pertanto, è necessario lasciare un certo margine nella scelta della potenza del motore a magnete permanente. A seconda della situazione effettiva del carico, generalmente è più appropriato circa il 20%.
Evitare avviamenti con carichi pesanti e avviamenti frequenti:
I motori sincroni a magneti permanenti cercano di evitare l'avviamento diretto o l'avvio frequente di carichi pesanti. Durante il processo di avviamento, la coppia di avviamento oscilla e, nella sezione a valle della coppia di avviamento, il campo magnetico dello statore smagnetizza il polo magnetico del rotore. Pertanto, cercare di evitare il carico pesante e l'avvio frequente del motore sincrono a magnete permanente.
Migliora il design:
(1) Aumentare opportunamente lo spessore del magnete permanente:
Dal punto di vista del motore sincrono a magneti permanenti progettazione e produzione, è necessario considerare la relazione tra reazione dell'armatura, coppia elettromagnetica e smagnetizzazione del magnete permanente.
Sotto l'azione combinata del flusso magnetico prodotto dalla corrente di avvolgimento di coppia e del flusso magnetico prodotto dall'avvolgimento a forza radiale, i magneti permanenti sulla superficie del rotore provocano facilmente la smagnetizzazione.
A condizione che il traferro del motore rimanga invariato, per garantire che il magnete permanente non si smagnetizza, il metodo più efficace è aumentare opportunamente lo spessore del magnete permanente.
(2) All'interno del rotore è presente un circuito con scanalature di ventilazione per ridurre l'aumento di temperatura del rotore:
Se la temperatura del rotore è troppo elevata, il magnete permanente causerà una perdita irreversibile di magnetismo. Nella progettazione strutturale, il circuito di ventilazione interno del rotore può essere progettato per raffreddare direttamente l'acciaio magnetico. Non solo riduce la temperatura dell'acciaio magnetico ma ne migliora anche l'efficienza.
Sono finiti i giorni in cui si doveva scegliere tra profitti e ambiente. Enneng è un fornitore leader in Cina di motori e generatori a magneti permanenti. Con il I prodotti di Enneng, gli utenti stanno scoprendo che il risparmio energetico e la guida e la produzione a basse emissioni di carbonio costano meno rispetto alle pratiche convenzionali del loro settore. Nel prossimo futuro, ci auguriamo che i motori e i generatori a magneti permanenti ecologici a risparmio energetico vengano maggiormente utilizzati in vari campi.
