ด้วยการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากในช่วงทศวรรษ 1970 มอเตอร์แม่เหล็กถาวรธาตุหายากจึงถือกำเนิดขึ้น มอเตอร์แม่เหล็กถาวรใช้แม่เหล็กถาวรธาตุหายากในการกระตุ้น และแม่เหล็กถาวรสามารถสร้างสนามแม่เหล็กถาวรได้หลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก ประสิทธิภาพในการกระตุ้นของมอเตอร์นี้ยอดเยี่ยม และเหนือกว่ามอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าในด้านความเสถียร คุณภาพ และการลดการสูญเสีย ซึ่งสร้างความสั่นสะเทือนให้กับตลาดมอเตอร์แบบดั้งเดิม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ ประสิทธิภาพและเทคโนโลยีของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าธาตุหายาก ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ควบคู่ไปกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เทคโนโลยีการส่งกำลัง และเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

นอกจากนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังมีข้อดีคือน้ำหนักเบา โครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก มีคุณสมบัติที่ดี และมีความหนาแน่นกำลังสูง สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และบริษัทหลายแห่งกำลังดำเนินการวิจัยและพัฒนามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรอย่างแข็งขัน และจะมีการขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขวางยิ่งขึ้น

1.พื้นฐานการพัฒนามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

ก. การประยุกต์ใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากประสิทธิภาพสูง

วัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากผ่านสามขั้นตอน ได้แก่ SmCo5, Sm2Co17 และ Nd2Fe14B ปัจจุบันวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB กลายเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม การพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวรเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนามอเตอร์แม่เหล็กถาวร

เมื่อเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสแบบเดิมที่มีการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า แม่เหล็กถาวรจะเข้ามาแทนที่ขั้วกระตุ้นไฟฟ้า ลดความซับซ้อนของโครงสร้าง กำจัดสลิปริงและแปรงถ่านของโรเตอร์ สร้างโครงสร้างแบบไร้แปรงถ่าน และลดขนาดของโรเตอร์ ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของกำลัง แรงบิด และประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ ทำให้มอเตอร์มีขนาดเล็กลงและเบาลง ขยายขอบเขตการใช้งานและส่งเสริมการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าให้มีกำลังสูงขึ้น

ข.การประยุกต์ใช้ทฤษฎีการควบคุมใหม่

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัลกอริทึมควบคุมได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว หนึ่งในนั้นคืออัลกอริทึมควบคุมเวกเตอร์ ซึ่งช่วยแก้ปัญหากลยุทธ์การขับเคลื่อนของมอเตอร์ AC โดยหลักการแล้ว ทำให้มอเตอร์ AC มีประสิทธิภาพการควบคุมที่ดี การควบคุมแรงบิดโดยตรงทำให้โครงสร้างการควบคุมง่ายขึ้น มีคุณสมบัติเด่นคือประสิทธิภาพของวงจรที่แข็งแกร่งสำหรับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์และความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกของแรงบิดที่รวดเร็ว เทคโนโลยีการควบคุมแรงบิดทางอ้อมช่วยแก้ปัญหาการสั่นของแรงบิดโดยตรงที่ความเร็วต่ำ และปรับปรุงความเร็วและความแม่นยำในการควบคุมของมอเตอร์

ค. การประยุกต์ใช้เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์กำลังประสิทธิภาพสูงและโปรเซสเซอร์

เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าสมัยใหม่เป็นเสมือนตัวเชื่อมสำคัญระหว่างอุตสาหกรรมสารสนเทศและอุตสาหกรรมดั้งเดิม และเป็นสะพานเชื่อมระหว่างกระแสไฟฟ้าอ่อนและกระแสไฟฟ้าแรงที่ควบคุมได้ การพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าช่วยให้สามารถบรรลุกลยุทธ์การควบคุมไดรฟ์ได้

ในช่วงทศวรรษ 1970 อินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์หลายรุ่นได้ปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถแปลงพลังงานความถี่อุตสาหกรรมให้เป็นพลังงานความถี่แปรผันที่สามารถปรับความถี่ได้อย่างต่อเนื่อง จึงสร้างเงื่อนไขสำหรับการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันของไฟฟ้ากระแสสลับ อินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีความสามารถในการสตาร์ทแบบนุ่มนวลหลังจากตั้งค่าความถี่แล้ว โดยความถี่สามารถเพิ่มจากศูนย์ไปยังความถี่ที่ตั้งไว้ในอัตราที่กำหนด และสามารถปรับอัตราการเพิ่มได้อย่างต่อเนื่องภายในช่วงกว้าง ช่วยแก้ปัญหาการสตาร์ทของมอเตอร์ซิงโครนัส

2.สถานะการพัฒนาของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในและต่างประเทศ

มอเตอร์ตัวแรกในประวัติศาสตร์คือมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ในขณะนั้น ประสิทธิภาพของวัสดุแม่เหล็กถาวรค่อนข้างต่ำ และแรงบีบบังคับและแรงตกค้างของแม่เหล็กถาวรก็ต่ำเกินไป จึงถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าในเวลาไม่นาน

ในช่วงทศวรรษ 1970 วัสดุแม่เหล็กถาวรหายากที่แทนด้วย NdFeB มีแรงบีบบังคับสูง แรงตกค้าง ความสามารถในการล้างอำนาจแม่เหล็กสูง และผลผลิตพลังงานแม่เหล็กขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรกำลังสูงปรากฏให้เห็นบนเวทีแห่งประวัติศาสตร์ ปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรกำลังพัฒนาอย่างก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ และมุ่งสู่การผลิตความเร็วสูง แรงบิดสูง กำลังสูง และประสิทธิภาพสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการลงทุนอย่างมหาศาลจากนักวิชาการในประเทศและรัฐบาล มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีไมโครคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา ด้วยความก้าวหน้าของสังคม ความต้องการมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรของผู้คนจึงเข้มงวดมากขึ้น ส่งผลให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรพัฒนาไปสู่การควบคุมความเร็วที่กว้างขึ้นและการควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น ด้วยการปรับปรุงกระบวนการผลิตในปัจจุบัน วัสดุแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูงจึงได้รับการพัฒนาต่อไป ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อย่างมากและค่อยๆ นำไปใช้ในหลากหลายสาขา

3. เทคโนโลยีในปัจจุบัน

ก. เทคโนโลยีการออกแบบมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าทั่วไป มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะไม่มีขดลวดกระตุ้นไฟฟ้า วงแหวนสะสม และตู้กระตุ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงความเสถียรและความน่าเชื่อถือเท่านั้น แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพอีกด้วย

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในตัวมีข้อดีคือ ประสิทธิภาพสูง ค่ากำลังไฟฟ้าสูง ความหนาแน่นของกำลังต่อหน่วยสูง ความสามารถในการขยายความเร็วแม่เหล็กที่อ่อนแอ และความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว ทำให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในตัวเป็นตัวเลือกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขับเคลื่อนมอเตอร์

แม่เหล็กถาวรทำหน้าที่ควบคุมสนามแม่เหล็กกระตุ้นทั้งหมดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร แรงบิดแบบเฟืองจะเพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของมอเตอร์ขณะทำงาน แรงบิดแบบเฟืองที่มากเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพความเร็วต่ำของระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์และการวางตำแหน่งที่แม่นยำสูงของระบบควบคุมตำแหน่ง ดังนั้น เมื่อออกแบบมอเตอร์ ควรลดแรงบิดแบบเฟืองให้มากที่สุดโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์

จากการวิจัยพบว่าวิธีการทั่วไปในการลดแรงบิดแบบเฟืองประกอบด้วย การเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์อาร์กของขั้ว การลดความกว้างของร่องสเตเตอร์ การจับคู่ร่องเอียงและร่องขั้ว การเปลี่ยนตำแหน่ง ขนาด และรูปร่างของขั้วแม่เหล็ก เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การลดแรงบิดแบบเฟืองอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพอื่นๆ ของมอเตอร์ เช่น แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าอาจลดลงตามไปด้วย ดังนั้น ในการออกแบบจึงควรพิจารณาปัจจัยต่างๆ ให้สมดุลกันมากที่สุดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดของมอเตอร์

ข. เทคโนโลยีจำลองมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

การมีแม่เหล็กถาวรในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรทำให้ผู้ออกแบบคำนวณพารามิเตอร์ต่างๆ ได้ยาก เช่น การออกแบบค่าสัมประสิทธิ์ฟลักซ์รั่วไหลขณะไม่มีโหลดและค่าสัมประสิทธิ์อาร์กขั้ว โดยทั่วไปซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์จะใช้ในการคำนวณและปรับแต่งพารามิเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์สามารถคำนวณพารามิเตอร์ของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำมาก และยังมีความน่าเชื่อถือสูงในการวิเคราะห์ผลกระทบของพารามิเตอร์มอเตอร์ต่อประสิทธิภาพการทำงาน

วิธีการคำนวณแบบไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยให้เราคำนวณและวิเคราะห์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ได้ง่าย รวดเร็ว และแม่นยำยิ่งขึ้น นี่เป็นวิธีการเชิงตัวเลขที่พัฒนาขึ้นจากวิธีการหาผลต่าง และถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ใช้วิธีทางคณิตศาสตร์เพื่อแบ่งโดเมนคำตอบที่ต่อเนื่องออกเป็นกลุ่มหน่วย แล้วจึงสอดแทรกในแต่ละหน่วย ด้วยวิธีนี้ ฟังก์ชันการสอดแทรกเชิงเส้นจึงถูกสร้างขึ้น นั่นคือ ฟังก์ชันโดยประมาณจะถูกจำลองและวิเคราะห์โดยใช้ไฟไนต์เอลิเมนต์ ซึ่งช่วยให้เราสามารถสังเกตทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กและการกระจายตัวของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กภายในมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ

c. เทคโนโลยีการควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

การปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาระบบควบคุมอุตสาหกรรม ช่วยให้ระบบขับเคลื่อนมีประสิทธิภาพสูงสุด คุณสมบัติพื้นฐานสะท้อนให้เห็นได้จากความเร็วต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสตาร์ทเครื่องอย่างรวดเร็วหรือเร่งความเร็วคงที่ ฯลฯ ซึ่งสามารถสร้างแรงบิดสูงได้ และเมื่อขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงก็สามารถควบคุมความเร็วคงที่ได้ในช่วงกว้าง ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของมอเตอร์หลักๆ หลายรุ่น

จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความน่าเชื่อถือสูง มีช่วงความเร็วที่กว้าง และมีประสิทธิภาพสูง หากใช้ร่วมกับวิธีการควบคุมที่เหมาะสม ระบบมอเตอร์ทั้งหมดจะมีประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั้น จำเป็นต้องเลือกอัลกอริทึมการควบคุมที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์สามารถทำงานได้ในพื้นที่ควบคุมความเร็วที่ค่อนข้างกว้างและมีช่วงกำลังไฟฟ้าคงที่

วิธีการควบคุมเวกเตอร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอัลกอริทึมการควบคุมความเร็วของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มีข้อดีคือมีช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้าง ประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง เสถียรภาพที่ดี และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ ระบบราง และเซอร์โวของเครื่องจักรกล เนื่องจากการใช้งานที่แตกต่างกัน กลยุทธ์การควบคุมเวกเตอร์ที่ใช้ในปัจจุบันจึงแตกต่างกันออกไป

4.คุณลักษณะของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีโครงสร้างเรียบง่าย การสูญเสียพลังงานต่ำ และตัวประกอบกำลังสูง เมื่อเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีแปรงถ่าน คอมมิวเตเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ จึงไม่จำเป็นต้องใช้กระแสกระตุ้นแบบรีแอคทีฟ ทำให้กระแสสเตเตอร์และการสูญเสียความต้านทานมีค่าน้อยกว่า ประสิทธิภาพจึงสูงกว่า แรงบิดกระตุ้นมีค่ามากกว่า และประสิทธิภาพการควบคุมก็ดีกว่า อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังมีข้อเสีย เช่น ต้นทุนสูงและสตาร์ทติดยาก เนื่องจากการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุมในมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบควบคุมเวกเตอร์ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงสามารถควบคุมความเร็วได้หลากหลาย ตอบสนองไดนามิกได้อย่างรวดเร็ว และควบคุมตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ จึงดึงดูดผู้คนให้เข้ามาทำการวิจัยอย่างกว้างขวางมากขึ้น

5. ลักษณะทางเทคนิคของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมณฑลอานฮุยหมิงเต็ง

ก. มอเตอร์มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงและค่าตัวประกอบคุณภาพของระบบไฟฟ้า ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวชดเชยค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า จึงสามารถใช้ประโยชน์จากกำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์สถานีย่อยได้อย่างเต็มที่

ข. มอเตอร์แม่เหล็กถาวรถูกกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวรและทำงานแบบซิงโครนัส ไม่มีการสั่นของความเร็ว และความต้านทานของท่อไม่เพิ่มขึ้นเมื่อขับเคลื่อนพัดลมและปั๊ม

c. มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถออกแบบให้มีแรงบิดเริ่มต้นสูง (มากกว่า 3 เท่า) และความสามารถในการรับน้ำหนักเกินสูงตามความต้องการ จึงแก้ปัญหาปรากฏการณ์ "ม้าตัวใหญ่ลากเกวียนเล็ก" ได้

d. กระแสรีแอคทีฟของมอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไปโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.5-0.7 เท่าของกระแสที่กำหนด มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร Mingteng ไม่จำเป็นต้องใช้กระแสกระตุ้น กระแสรีแอคทีฟของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์อะซิงโครนัสแตกต่างกันประมาณ 50% และกระแสไฟฟ้าใช้งานจริงต่ำกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสประมาณ 15%

e. มอเตอร์สามารถออกแบบให้สตาร์ทได้โดยตรง และขนาดการติดตั้งภายนอกจะเหมือนกับมอเตอร์อะซิงโครนัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่งสามารถทดแทนมอเตอร์อะซิงโครนัสได้อย่างสมบูรณ์

f. การเพิ่มไดรเวอร์ช่วยให้สามารถเริ่มแบบนุ่มนวล หยุดแบบนุ่มนวล และควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอน พร้อมการตอบสนองแบบไดนามิกที่ดี และผลการประหยัดพลังงานที่ปรับปรุงดีขึ้น

ก. มอเตอร์มีโครงสร้างทางโทโพโลยีจำนวนมาก ซึ่งตอบสนองความต้องการพื้นฐานของอุปกรณ์เครื่องกลได้โดยตรงในช่วงกว้างและภายใต้สภาวะที่รุนแรง

h. เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ ลดระยะโซ่ส่งกำลัง และลดต้นทุนการบำรุงรักษา มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบขับตรงความเร็วสูงและความเร็วต่ำสามารถออกแบบและผลิตให้ตรงตามความต้องการที่สูงขึ้นของผู้ใช้งาน

บริษัท อานฮุย หมิงเต็ง แมชชีนเนอรี่-แม่เหล็กถาวรและอุปกรณ์ไฟฟ้า จำกัด (https://www.mingtengmotor.com/) ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2550 เป็นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา ผลิต และจัดจำหน่ายมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูงพิเศษ บริษัทใช้ทฤษฎีการออกแบบมอเตอร์ที่ทันสมัย ​​ซอฟต์แวร์ออกแบบระดับมืออาชีพ และโปรแกรมออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่พัฒนาขึ้นเอง เพื่อจำลองสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามของไหล สนามอุณหภูมิ สนามความเค้น ฯลฯ ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ปรับปรุงโครงสร้างวงจรแม่เหล็กให้เหมาะสม ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของมอเตอร์ และรับประกันการใช้งานมอเตอร์แม่เหล็กถาวรอย่างมีประสิทธิภาพ

ลิขสิทธิ์: บทความนี้เป็นการพิมพ์ซ้ำหมายเลขสาธารณะ WeChat “Motor Alliance” ลิงก์ต้นฉบับhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

บทความนี้ไม่สะท้อนมุมมองของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแก้ไขให้เราด้วย!