Kodėl nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai tampa pagrindiniais pavaros varikliais?
Elektros variklis gali paversti elektros energiją mechanine energija ir perduoti mechaninę energiją ratams per transmisijos sistemą, kad transporto priemonė būtų varoma. Tai viena iš pagrindinių naujų energijos transporto priemonių pavaros sistemų. Šiuo metu dažniausiai naudojami naujos energijos transporto priemonių pavaros varikliai yra daugiausia nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai ir kintamosios srovės asinchroniniai varikliai. Daugumoje naujų energijos transporto priemonių naudojami nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai. Tipinės automobilių kompanijos yra BYD, Li Auto ir kt. Kai kuriose transporto priemonėse naudojami kintamosios srovės asinchroniniai varikliai. Elektros varikliai atstovauja tokioms automobilių kompanijoms kaip „Tesla“ ir „Mercedes-Benz“.
Asinchroninis variklis daugiausia sudarytas iš nejudančio statoriaus ir besisukančio rotoriaus. Kai statoriaus apvija prijungiama prie kintamosios srovės maitinimo šaltinio, rotorius sukasi ir tiekia galią. Pagrindinis principas yra tas, kad kai statoriaus apvija yra įjungiama (kintama srovė), ji sudaro besisukantį elektromagnetinį lauką, o rotoriaus apvija yra uždaras laidininkas, kuris nuolat kerta statoriaus magnetinės indukcijos linijas besisukančio statoriaus magnetiniame lauke. Pagal Faradėjaus dėsnį, kai uždaras laidininkas nutraukia magnetinės indukcijos liniją, susidaro srovė, kuri sukuria elektromagnetinį lauką. Šiuo metu yra du elektromagnetiniai laukai: vienas yra statoriaus elektromagnetinis laukas, prijungtas prie išorinės kintamosios srovės, o kitas susidaro nutraukiant statoriaus elektromagnetinės indukcijos liniją. Rotoriaus elektromagnetinis laukas. Pagal Lenco dėsnį, indukuota srovė visada priešinsis indukuotos srovės priežasčiai, t. y. stengsis neleisti rotoriaus laidininkams nupjauti statoriaus besisukančio magnetinio lauko magnetinės indukcijos linijų. Rezultatas: rotoriaus laidininkai „pasivys“ statoriaus laidininkus. Sukamasis elektromagnetinis laukas reiškia, kad rotorius vejasi besisukantį statoriaus magnetinį lauką ir galiausiai variklis pradeda suktis. Šio proceso metu rotoriaus sukimosi greitis (n2) ir statoriaus sukimosi greitis (n1) nėra sinchronizuoti (greičio skirtumas yra apie 2–6 %). Todėl jis vadinamas asinchroniniu kintamosios srovės varikliu. Priešingai, jei sukimosi greitis yra vienodas, jis vadinamas sinchroniniu varikliu.
Nuolatinio magneto sinchroninis variklis taip pat yra kintamosios srovės variklio tipas. Jo rotorius pagamintas iš plieno su nuolatiniais magnetais. Kai variklis veikia, statorius yra įjungiamas, kad sukurtų besisukantį magnetinį lauką, kuris stumtų rotorių suktis. „Sinchronizavimas“ reiškia, kad rotoriaus sukimosi greitis pastovaus veikimo metu yra sinchronizuotas su magnetinio lauko sukimosi greičiu. Nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai turi didesnį galios ir svorio santykį, yra mažesnio dydžio, lengvesnio svorio, turi didesnį išėjimo sukimo momentą ir pasižymi puikiomis ribinėmis greičio bei stabdymo savybėmis. Todėl nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai šiandien tapo plačiausiai naudojama elektrine transporto priemone. Tačiau kai nuolatinio magneto medžiaga yra veikiama vibracijos, aukštos temperatūros ir perkrovos srovės, jos magnetinis pralaidumas gali sumažėti arba gali įvykti demagnetizacija, o tai gali sumažinti nuolatinio magneto variklio našumą. Be to, retųjų žemių nuolatinio magneto sinchroniniuose varikliuose naudojamos retųjų žemių medžiagos, todėl gamybos sąnaudos nėra stabilios.
Palyginti su sinchroniniais varikliais su nuolatiniais magnetais, asinchroniniai varikliai darbo metu turi absorbuoti elektros energiją sužadinimui, todėl sunaudojama elektros energija ir sumažinamas variklio efektyvumas. Nuolatinių magnetų varikliai yra brangesni dėl juose esančių nuolatinių magnetų.
Modeliai, kurie renkasi asinchroninius kintamosios srovės variklius, dažniausiai teikia pirmenybę našumui ir išnaudoja asinchroninių kintamosios srovės variklių našumo bei efektyvumo pranašumus važiuojant dideliu greičiu. Tipinis modelis yra ankstyvasis „Model S“. Pagrindinės savybės: automobiliui važiuojant dideliu greičiu, jis gali išlaikyti didelį greitį ir efektyviai naudoti elektros energiją, sumažindamas energijos suvartojimą ir išlaikant maksimalią galią;
Modeliai, kuriuose naudojami nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai, dažniausiai teikia pirmenybę energijos suvartojimui ir išnaudoja nuolatinių magnetų sinchroninių variklių našumą bei efektyvų veikimą esant mažam greičiui, todėl jie tinka mažiems ir vidutinio dydžio automobiliams. Jų savybės yra mažas dydis, lengvas svoris ir ilgas akumuliatoriaus veikimo laikas. Tuo pačiu metu jie pasižymi geru greičio reguliavimu ir gali išlaikyti aukštą efektyvumą, kai variklis dažnai užvedamas, stabdomas, greitėja ir lėtėja.
Dominuoja nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai. Remiantis Pažangiosios pramonės tyrimų instituto (GGII) paskelbta „Naujos energijos transporto priemonių pramonės grandinės mėnesinės duomenų bazės“ statistika, naujų energijos transporto priemonių pavaros variklių įrengta galia šalyje nuo 2022 m. sausio iki rugpjūčio mėn. siekė maždaug 3,478 mln. vienetų, tai yra 101 % daugiau nei tuo pačiu laikotarpiu praėjusiais metais. Iš jų nuolatinių magnetų sinchroninių variklių įrengta galia siekė 3,329 mln. vienetų, tai yra 106 % daugiau nei tuo pačiu laikotarpiu praėjusiais metais; kintamosios srovės asinchroninių variklių įrengta galia siekė 1,295 mln. vienetų, tai yra 22 % daugiau nei tuo pačiu laikotarpiu praėjusiais metais.
Nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai tapo pagrindiniais varikliais grynai elektrinių keleivinių automobilių rinkoje.
Sprendžiant iš variklių pasirinkimo pagrindiniams modeliams šalyje ir užsienyje, naujos energijos transporto priemonės, kurias pristato vietinės „SAIC Motor“, „Geely Automobile“, „Guangzhou Automobile“, „BAIC Motor“, „Denza Motors“ ir kt., naudoja nuolatinių magnetų sinchroninius variklius. Nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai daugiausia naudojami Kinijoje. Pirma, dėl to, kad nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai pasižymi geru našumu mažu greičiu ir dideliu konversijos efektyvumu, todėl labai tinka sudėtingoms darbo sąlygoms, kai dažnai paleidžiama ir sustojama miesto eisme. Antra, dėl nuolatinių magnetų sinchroniniuose varikliuose esančių neodimio geležies boro nuolatinių magnetų. Medžiagoms reikia naudoti retųjų žemių išteklius, o mano šalyje yra 70 % pasaulio retųjų žemių išteklių, o bendra NdFeB magnetinių medžiagų produkcija siekia 80 % pasaulio, todėl Kinija labiau nori naudoti nuolatinių magnetų sinchroninius variklius.
Užsienio „Tesla“ ir BMW bendradarbiauja kurdami nuolatinio magneto sinchroninius variklius ir kintamosios srovės asinchroninius variklius. Taikymo struktūros požiūriu, nuolatinio magneto sinchroninis variklis yra pagrindinis pasirinkimas naujoms energijos transporto priemonėms.
Nuolatinių magnetų medžiagų kaina sudaro apie 30 % nuolatinių magnetų sinchroninių variklių kainos. Nuolatinių magnetų sinchroninių variklių gamybos žaliavos daugiausia yra neodimio geležies boras, silicio plieno lakštai, varis ir aliuminis. Tarp jų nuolatinių magnetų medžiaga neodimio geležies boras daugiausia naudojama rotorių nuolatiniams magnetams gaminti, o kainos sudėtis sudaro apie 30 %; silicio plieno lakštai daugiausia naudojami individualiems užsakymams gaminti. Rotoriaus šerdies kainos sudėtis sudaro apie 20 %; statoriaus apvijos kainos sudėtis – apie 15 %; variklio veleno kainos sudėtis – apie 5 %; o variklio korpuso kainos sudėtis – apie 15 %.
Kodėl yraOSG nuolatinių magnetų varikliai sraigtiniai oro kompresoriaiefektyviau?
Nuolatinio magneto sinchroninis variklis daugiausia sudarytas iš statoriaus, rotoriaus ir korpuso komponentų. Kaip ir įprasti kintamosios srovės varikliai, statoriaus šerdis yra laminuota struktūra, siekiant sumažinti geležies nuostolius dėl sūkurinių srovių ir histerezės efektų varikliui veikiant; apvijos taip pat paprastai yra trifazės simetriškos struktūros, tačiau parametrų pasirinkimas yra gana skirtingas. Rotoriaus dalis gali būti įvairių formų, įskaitant nuolatinio magneto rotorių su paleidimo voverės narveliu ir įterptąjį arba paviršiuje montuojamą gryno nuolatinio magneto rotorių. Rotoriaus šerdis gali būti pagaminta iš vientisos konstrukcijos arba laminuota. Rotorius pagamintas iš nuolatinio magneto medžiagos, kuri paprastai vadinama magnetu.
Įprastai veikiant nuolatinio magneto varikliui, rotoriaus ir statoriaus magnetiniai laukai yra sinchroninėje būsenoje. Rotoriaus dalyje nėra indukuotos srovės, nėra rotoriaus vario nuostolių, histerezės ar sūkurinių srovių nuostolių. Nereikia atsižvelgti į rotoriaus nuostolių ir perkaitimo problemą. Paprastai nuolatinio magneto variklis maitinamas specialiu dažnio keitikliu ir natūraliai turi švelnaus paleidimo funkciją. Be to, nuolatinio magneto variklis yra sinchroninis variklis, turintis savybę reguliuoti galios koeficientą per sužadinimo intensyvumą, todėl galios koeficientą galima suprojektuoti pagal nustatytą vertę.
Pradiniu požiūriu, dėl to, kad nuolatinio magneto variklis paleidžiamas kintamo dažnio maitinimo šaltiniu arba pagalbiniu keitikliu, nuolatinio magneto variklio paleidimo procesas yra labai paprastas; jis panašus į kintamo dažnio variklio paleidimą ir išvengiama įprastų narvelinių asinchroninių variklių paleidimo defektų.
Trumpai tariant, nuolatinių magnetų variklių efektyvumas ir galios koeficientas gali pasiekti labai aukštus rezultatus, konstrukcija labai paprasta, o rinka per pastaruosius dešimt metų buvo labai įkaitusi.
Tačiau nuolatinių magnetų varikliuose sužadinimo praradimas yra neišvengiama problema. Kai srovė per didelė arba temperatūra per aukšta, variklio apvijų temperatūra akimirksniu pakyla, srovė staigiai padidėja, o nuolatiniai magnetai greitai praranda sužadinimą. Nuolatinių magnetų variklio valdiklyje nustatytas viršsrovės apsaugos įtaisas, kad būtų išvengta variklio statoriaus apvijos perdegimo, tačiau dėl to sužadinimo praradimas ir įrangos išsijungimas neišvengiami.
Įrašo laikas: 2023 m. gruodžio 12 d.
