ด้วยการพัฒนาของวัสดุแม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธในช่วงทศวรรษ 1970 มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธจึงถือกำเนิดขึ้น มอเตอร์แม่เหล็กถาวรใช้แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธเพื่อกระตุ้น และแม่เหล็กถาวรสามารถสร้างสนามแม่เหล็กถาวรได้หลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก ประสิทธิภาพการกระตุ้นนั้นยอดเยี่ยม และเหนือกว่ามอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าในแง่ของความเสถียร คุณภาพ และการลดการสูญเสีย ซึ่งได้เขย่าตลาดมอเตอร์แบบดั้งเดิม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ ประสิทธิภาพและเทคโนโลยีของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าธาตุหายาก ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ควบคู่ไปกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เทคโนโลยีการส่งกำลัง และเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงดีขึ้นเรื่อยๆ

นอกจากนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังมีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา โครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก มีคุณลักษณะที่ดี และมีความหนาแน่นของพลังงานสูง สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และองค์กรต่างๆ จำนวนมากดำเนินการวิจัยและพัฒนามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรอย่างแข็งขัน และจะมีการขยายขอบเขตการใช้งานเพิ่มเติม

1.พื้นฐานการพัฒนาของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

ก. การประยุกต์ใช้แม่เหล็กถาวรของดินหายากที่มีประสิทธิภาพสูง

วัสดุแม่เหล็กถาวรของแรร์เอิร์ธได้ผ่านขั้นตอนสามขั้นตอน ได้แก่ SmCo5, Sm2Co17 และ Nd2Fe14B ปัจจุบัน วัสดุแม่เหล็กถาวรของแรร์เอิร์ธที่แสดงโดย NdFeB ได้กลายเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรของแรร์เอิร์ธที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดเนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม การพัฒนาของวัสดุแม่เหล็กถาวรได้ผลักดันการพัฒนามอเตอร์แม่เหล็กถาวร

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสแบบเดิมที่มีการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า แม่เหล็กถาวรจะเข้ามาแทนที่ขั้วกระตุ้นไฟฟ้า ทำให้โครงสร้างเรียบง่ายขึ้น กำจัดสลิปริงและแปรงของโรเตอร์ สร้างโครงสร้างแบบไม่มีแปรงถ่าน และลดขนาดของโรเตอร์ ซึ่งช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของกำลัง ความหนาแน่นของแรงบิด และประสิทธิภาพในการทำงานของมอเตอร์ และทำให้มอเตอร์มีขนาดเล็กลงและเบาลง ขยายขอบเขตการใช้งานได้มากขึ้น และส่งเสริมการพัฒนาของมอเตอร์ไฟฟ้าให้มีกำลังสูงขึ้น

ข.การนำทฤษฎีการควบคุมใหม่มาใช้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัลกอริทึมการควบคุมได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยอัลกอริทึมการควบคุมเวกเตอร์ได้แก้ปัญหาการขับเคลื่อนของมอเตอร์ AC โดยหลักการแล้ว ทำให้มอเตอร์ AC มีประสิทธิภาพการควบคุมที่ดี การเกิดขึ้นของการควบคุมแรงบิดโดยตรงทำให้โครงสร้างการควบคุมง่ายขึ้น และมีลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพของวงจรที่แข็งแกร่งสำหรับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์และความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกของแรงบิดที่รวดเร็ว เทคโนโลยีการควบคุมแรงบิดทางอ้อมช่วยแก้ปัญหาการสั่นของแรงบิดขนาดใหญ่ของแรงบิดโดยตรงที่ความเร็วต่ำ และปรับปรุงความเร็วและความแม่นยำในการควบคุมของมอเตอร์

ค.การประยุกต์ใช้เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์กำลังและโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูง

เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าสมัยใหม่เป็นอินเทอร์เฟซที่สำคัญระหว่างอุตสาหกรรมสารสนเทศและอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม และเป็นสะพานเชื่อมระหว่างกระแสไฟฟ้าอ่อนและกระแสไฟฟ้าแรงที่ควบคุมได้ การพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าทำให้สามารถบรรลุกลยุทธ์การควบคุมไดรฟ์ได้

ในช่วงทศวรรษ 1970 อินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์หลายรุ่นได้ปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถแปลงพลังงานความถี่อุตสาหกรรมเป็นพลังงานความถี่แปรผันที่มีความถี่ที่ปรับได้อย่างต่อเนื่อง จึงสร้างเงื่อนไขสำหรับการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันของพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ อินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีความสามารถในการสตาร์ทแบบนุ่มนวลหลังจากตั้งค่าความถี่แล้ว และความถี่สามารถเพิ่มขึ้นจากศูนย์ถึงความถี่ที่ตั้งไว้ด้วยอัตราที่กำหนด และอัตราการเพิ่มขึ้นสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องภายในช่วงกว้าง ช่วยแก้ปัญหาการสตาร์ทของมอเตอร์ซิงโครนัส

2.สถานะการพัฒนาของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในและต่างประเทศ

มอเตอร์ตัวแรกในประวัติศาสตร์คือมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ในเวลานั้น ประสิทธิภาพของวัสดุแม่เหล็กถาวรค่อนข้างต่ำ และแรงบีบบังคับและแรงตกค้างของแม่เหล็กถาวรก็ต่ำเกินไป ดังนั้นในไม่ช้าจึงถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า

ในช่วงทศวรรษ 1970 วัสดุแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากที่แสดงโดย NdFeB มีแรงบีบบังคับสูง ความสามารถในการสลายแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรกำลังสูงปรากฎบนเวทีแห่งประวัติศาสตร์ ปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีความสมบูรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ และกำลังพัฒนาไปสู่ความเร็วสูง แรงบิดสูง กำลังสูง และประสิทธิภาพสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการลงทุนอย่างแข็งแกร่งของนักวิชาการในประเทศและรัฐบาล มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา เนื่องจากความก้าวหน้าของสังคม ความต้องการของผู้คนสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงเข้มงวดยิ่งขึ้น ส่งผลให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรพัฒนาไปสู่ช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้างขึ้นและการควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากกระบวนการผลิตในปัจจุบันได้รับการปรับปรุง วัสดุแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูงจึงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนได้อย่างมากและค่อยๆ นำไปใช้ในสาขาต่างๆ ของชีวิต

3. เทคโนโลยีในปัจจุบัน

ก. เทคโนโลยีการออกแบบมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

เมื่อเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าทั่วไป มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะไม่มีขดลวดกระตุ้นไฟฟ้า วงแหวนสะสม และตู้กระตุ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงความเสถียรและความน่าเชื่อถือเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพอีกด้วย

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในตัวมีข้อได้เปรียบคือ ประสิทธิภาพสูง ค่ากำลังไฟฟ้าสูง ความหนาแน่นกำลังหน่วยสูง ความสามารถในการขยายความเร็วแม่เหล็กที่อ่อนแอ และความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว ทำให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในตัวเป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับการขับเคลื่อนมอเตอร์

แม่เหล็กถาวรให้สนามแม่เหล็กกระตุ้นทั้งหมดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และแรงบิดแบบเฟืองจะเพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของมอเตอร์ในระหว่างการทำงาน แรงบิดแบบเฟืองที่มากเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพความเร็วต่ำของระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์และการวางตำแหน่งที่แม่นยำสูงของระบบควบคุมตำแหน่ง ดังนั้น เมื่อออกแบบมอเตอร์ ควรลดแรงบิดแบบเฟืองให้มากที่สุดโดยการปรับให้มอเตอร์เหมาะสมที่สุด

ตามการวิจัย วิธีทั่วไปในการลดแรงบิดของเฟือง ได้แก่ การเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์ของส่วนโค้งของขั้ว การลดความกว้างของร่องของสเตเตอร์ การจับคู่ร่องเอียงและร่องของขั้ว การเปลี่ยนตำแหน่ง ขนาด และรูปร่างของขั้วแม่เหล็ก เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อลดแรงบิดของเฟือง อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพอื่นๆ ของมอเตอร์ เช่น แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าอาจลดลงตามไปด้วย ดังนั้น เมื่อออกแบบ ควรปรับสมดุลปัจจัยต่างๆ ให้มากที่สุดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพมอเตอร์ที่ดีที่สุด

ข. เทคโนโลยีจำลองมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

การมีแม่เหล็กถาวรในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรทำให้ผู้ออกแบบคำนวณพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น การออกแบบค่าสัมประสิทธิ์ฟลักซ์รั่วไหลขณะไม่มีโหลดและค่าสัมประสิทธิ์อาร์กขั้วได้ยาก โดยทั่วไปซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดจะใช้ในการคำนวณและปรับพารามิเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรให้เหมาะสม ซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดสามารถคำนวณพารามิเตอร์ของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำมาก และเชื่อถือได้มากในการใช้เพื่อวิเคราะห์ผลกระทบของพารามิเตอร์ของมอเตอร์ต่อประสิทธิภาพ

วิธีการคำนวณองค์ประกอบไฟไนต์ช่วยให้เราคำนวณและวิเคราะห์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ได้ง่ายขึ้น เร็วขึ้น และแม่นยำยิ่งขึ้น นี่เป็นวิธีเชิงตัวเลขที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของวิธีการหาค่าความแตกต่าง และถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ใช้หลักคณิตศาสตร์เพื่อแบ่งโดเมนของโซลูชันต่อเนื่องออกเป็นกลุ่มหน่วย จากนั้นจึงสอดแทรกในแต่ละหน่วย ด้วยวิธีนี้ จึงสร้างฟังก์ชันการสอดแทรกเชิงเส้น นั่นคือ ฟังก์ชันโดยประมาณจะถูกจำลองและวิเคราะห์โดยใช้องค์ประกอบไฟไนต์ ซึ่งทำให้เราสามารถสังเกตทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กและการกระจายของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กภายในมอเตอร์ได้อย่างเป็นธรรมชาติ

c.เทคโนโลยีควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

การปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาด้านการควบคุมอุตสาหกรรม ช่วยให้ระบบขับเคลื่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด คุณลักษณะพื้นฐานสะท้อนให้เห็นในความเร็วต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการสตาร์ทอย่างรวดเร็ว การเร่งความเร็วแบบคงที่ ฯลฯ สามารถสร้างแรงบิดขนาดใหญ่ได้ และเมื่อขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูง ก็สามารถควบคุมความเร็วกำลังคงที่ในช่วงกว้างได้ ตารางที่ 1 เปรียบเทียบประสิทธิภาพของมอเตอร์หลักหลายตัว

จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความน่าเชื่อถือดี มีช่วงความเร็วกว้าง และมีประสิทธิภาพสูง หากใช้ร่วมกับวิธีการควบคุมที่เกี่ยวข้อง ระบบมอเตอร์ทั้งหมดจะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกอัลกอริธึมควบคุมที่เหมาะสมเพื่อให้ควบคุมความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ทำงานในพื้นที่ควบคุมความเร็วที่ค่อนข้างกว้างและมีช่วงกำลังคงที่

วิธีการควบคุมเวกเตอร์นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในอัลกอริทึมการควบคุมความเร็วของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซึ่งมีข้อดีคือมีช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้าง ประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง ความเสถียรที่ดี และประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดี นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ ระบบขนส่งทางรถไฟ และเซอร์โวของเครื่องจักรกล เนื่องจากการใช้งานที่แตกต่างกัน กลยุทธ์การควบคุมเวกเตอร์ที่ใช้ในปัจจุบันจึงแตกต่างกันด้วย

4.คุณลักษณะของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีโครงสร้างที่เรียบง่าย การสูญเสียต่ำ และตัวประกอบกำลังสูง เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีแปรงถ่าน คอมมิวเตเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ จึงไม่จำเป็นต้องใช้กระแสกระตุ้นปฏิกิริยา ดังนั้น กระแสสเตเตอร์และการสูญเสียความต้านทานจึงน้อยกว่า ประสิทธิภาพจะสูงกว่า แรงบิดกระตุ้นจะมากกว่า และประสิทธิภาพการควบคุมจะดีขึ้น อย่างไรก็ตาม มีข้อเสีย เช่น ต้นทุนสูงและยากต่อการสตาร์ท เนื่องจากมีการใช้เทคโนโลยีควบคุมในมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ระบบควบคุมเวกเตอร์ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงสามารถควบคุมความเร็วได้ในช่วงกว้าง ตอบสนองแบบไดนามิกอย่างรวดเร็ว และควบคุมตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงดึงดูดผู้คนให้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางมากขึ้น

5. ลักษณะทางเทคนิคของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร Anhui Mingteng

ก. มอเตอร์มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงและค่าตัวประกอบคุณภาพของกริดไฟฟ้าสูง ไม่จำเป็นต้องมีตัวชดเชยค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า และสามารถใช้ประโยชน์จากความจุของอุปกรณ์สถานีไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่

ข. มอเตอร์แม่เหล็กถาวรถูกกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวรและทำงานแบบซิงโครนัส ไม่มีจังหวะความเร็ว และความต้านทานของท่อไม่เพิ่มขึ้นเมื่อขับเคลื่อนพัดลมและปั๊ม

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

d. กระแสปฏิกิริยาของมอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไปโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.5-0.7 เท่าของกระแสที่กำหนด มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร Mingteng ไม่ต้องการกระแสกระตุ้น กระแสปฏิกิริยาของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์อะซิงโครนัสแตกต่างกันประมาณ 50% และกระแสไฟฟ้าทำงานจริงจะต่ำกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสประมาณ 15%

e. มอเตอร์สามารถออกแบบให้สตาร์ทได้โดยตรง และขนาดการติดตั้งภายนอกมีขนาดเดียวกันกับมอเตอร์อะซิงโครนัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่งสามารถทดแทนมอเตอร์อะซิงโครนัสได้อย่างสมบูรณ์

f. การเพิ่มไดรเวอร์ช่วยให้สามารถสตาร์ทแบบนุ่มนวล หยุดแบบนุ่มนวล และควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นบันได พร้อมทั้งตอบสนองไดนามิกที่ดี และเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานอีกด้วย

ก. มอเตอร์มีโครงสร้างทางโทโพโลยีจำนวนมาก ซึ่งตอบสนองความต้องการพื้นฐานของอุปกรณ์เครื่องกลได้โดยตรงในช่วงกว้างและภายใต้สภาวะที่รุนแรง

h. เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ ลดความยาวของโซ่ส่งกำลัง และลดต้นทุนการบำรุงรักษา จึงสามารถออกแบบและผลิตมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบขับตรงความเร็วสูงและความเร็วต่ำให้ตรงตามความต้องการที่สูงขึ้นของผู้ใช้งาน

บริษัท Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment จำกัด (https://www.mingtengmotor.com/) ก่อตั้งขึ้นในปี 2550 เป็นองค์กรด้านเทคโนโลยีขั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการจำหน่ายมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูงพิเศษ บริษัทใช้ทฤษฎีการออกแบบมอเตอร์ที่ทันสมัย ​​ซอฟต์แวร์การออกแบบระดับมืออาชีพ และโปรแกรมการออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่พัฒนาขึ้นเอง เพื่อจำลองสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามของไหล สนามอุณหภูมิ สนามความเครียด ฯลฯ ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ปรับโครงสร้างวงจรแม่เหล็กให้เหมาะสม ปรับปรุงระดับประสิทธิภาพการใช้พลังงานของมอเตอร์ และรับรองการใช้งานมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่เชื่อถือได้ในระดับพื้นฐาน

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

บทความนี้ไม่ถือเป็นความคิดเห็นของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแจ้งให้เราทราบเพื่อแก้ไข!