موتور آهنربای دائم خاکی کمیاب نوع جدیدی از موتور آهنربای دائمی است که در اوایل دهه 1970 ظاهر شد.
با توجه به خواص مغناطیسی عالی مواد مغناطیسی دائمی خاکی کمیاب، آنها می توانند یک میدان مغناطیسی دائمی قوی بدون انرژی خارجی پس از مغناطش ایجاد کنند.
موتور آهنربای دائم خاکی کمیاب نه تنها دارای راندمان بالایی است بلکه ساختار ساده و عملکرد قابل اعتمادی نیز دارد.همچنین می تواند از نظر اندازه کوچک و وزن سبک باشد.
ساخته شده در موتورهای ویژه ای که می توانند الزامات عملیاتی خاص را برآورده کنند، مانند موتورهای کششی آسانسور، موتورهای ویژه خودروها و غیره.
ترکیب موتورهای آهنربای دائمی خاکی کمیاب با فناوری الکترونیک قدرت و فناوری کنترل میکروکامپیوتر، عملکرد موتور و سیستم انتقال را به سطح جدیدی ارتقا داده است.
بهبود عملکرد و سطح تجهیزات فنی پشتیبانی یک جهت توسعه مهم برای صنعت موتور برای تنظیم ساختار صنعتی است.
موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب تقریباً در هر زمینه ای از هوانوردی، هوافضا، دفاع ملی، تولید تجهیزات، تولید صنعتی و کشاورزی و زندگی روزمره به طور گسترده استفاده می شود.
این شامل موتورهای سنکرون آهنربای دائم، ژنراتورهای آهنربای دائم، موتورهای DC، موتورهای DC بدون جاروبک، موتورهای سروو مغناطیس دائم AC، موتورهای خطی آهنربای دائم، موتورهای آهنربای دائم ویژه و سیستم‌های کنترل مرتبط است که تقریباً کل صنعت موتور را پوشش می‌دهد.
در 22 نوامبر 2021، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات و اداره دولتی تنظیم بازار به طور مشترک "طرح بهبود بهره وری انرژی موتور (2021-2023)" را صادر کردند و پیشنهاد کردند که تا سال 2023، تولید سالانه انرژی با راندمان بالا و انرژی موتورهای صرفه جویی به 170 میلیون کیلووات می رسد و نسبت موتورهای با راندمان بالا و صرفه جویی در مصرف انرژی به بیش از 20 درصد رسیده است و صرفه جویی سالانه برق 49 میلیارد کیلووات ساعت بوده است.
در این سند به وضوح ذکر شده است که «برای فن‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها، ماشین‌ابزارها و سایر تجهیزات همه منظوره، استفاده از موتورهای الکتریکی با راندمان انرژی سطح 2 و بالاتر را تشویق کنید.
برای شرایط کاری بار متغیر، موتورهای آهنربای دائمی فرکانس متغیر با سطح راندمان انرژی 2 و بالاتر را ارتقا دهید.
طبق نسخه 2013 استاندارد "موتور سنکرون مغناطیس دائم"، تولید فعلی موتورهای آهنربای دائم در فواصل مصرف انرژی سطح اول و دوم توزیع می شود.همراه با «محدودیت‌های راندمان انرژی موتور و درجه‌های بازده انرژی» (GB 18613-2020) و «طرح بهبود بهره‌وری انرژی موتور»، تنها برخی از موتورهای آهنربای دائمی خاکی کمیاب NdFeB با کارایی بالا می‌توانند به راندمان بیش از 95 درصد برسند. استاندارد مصرف انرژی سطح اول (مرتبط با IE5) و بقیه موتورهای آهنربای دائمی خاکی کمیاب به استاندارد مصرف انرژی سطح دوم تعلق دارند.
در حال حاضر، موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب می توانند بیش از 10 درصد در مصرف برق صرفه جویی کنند و راندمان خود را به بیش از 95 درصد افزایش دهند.
با استفاده از موتور سنکرون آهنربای دائم خاکی کمیاب، نرخ صرفه جویی در توان توان راکتیو می تواند به 85٪ برسد و نرخ صرفه جویی در انرژی توان فعال می تواند به 23٪ تا 25٪ برسد.اثر صرفه جویی در مصرف انرژی قابل توجه است.
در سال 2020، ذخایر موتور چین حدود 4 میلیارد کیلووات و کل مصرف برق حدود 4.8 تریلیون کیلووات ساعت خواهد بود که 64 درصد از کل مصرف برق کل جامعه را تشکیل می دهد.
در این میان، کل توان مصرفی موتورها در حوزه صنعتی 3.84 تریلیون کیلووات ساعت خواهد بود که با احتساب 75 درصد از مصرف برق صنعتی، هر 1 درصد افزایش در راندمان انرژی موتورها در حوزه صنعتی می تواند حدود 38.4 میلیارد کیلووات ساعت در مصرف برق صرفه جویی کند. در هر سال، و افزایش 3 درصدی در بهره وری انرژی معادل تولید برق سالانه سه دره است.
شورای دولتی "برنامه اقدام اوج کربن 2030" را صادر کرد که بر ارتقای حفظ انرژی و افزایش بهره وری تجهیزات کلیدی مصرف کننده انرژی تمرکز دارد و بر موتورها، فن ها، پمپ ها، کمپرسورها، ترانسفورماتورها، مبدل های حرارتی، بویلرهای صنعتی و سایر تجهیزات تمرکز دارد. بهبود جامع استاندارد بهره وری انرژی
(بررسی بالاتر از استاندارد سطح دوم استاندارد جدید بهره وری انرژی موتور).در ماه مه 2020، چین آخرین استاندارد راندمان انرژی موتور "GB18613-2020 راندمان انرژی موتور و درجه های بهره وری انرژی" را اعلام کرد، این استاندارد به طور رسمی در 1 ژوئن 2021 اجرا شد و موتورهای کم مصرف زیر IE3 (استاندارد بین المللی) اجباری شدند. برای توقف تولید
انواع موتورها شامل موتورهای ناهمزمان سه فاز، موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب و غیره است. موتورهای آسنکرون سنتی را می توان با افزایش مواد (افزایش قطر خارجی هسته آهنی، افزایش اندازه شکاف استاتور، افزایش وزن سیم های مسی) افزایش داد. و استفاده از ورق های فولادی سیلیکونی با نفوذپذیری مغناطیسی خوب).
با این حال، به دلیل اصل کار آن، بهبود کارایی موتورهای ناهمزمان سنتی دشوار است.به عنوان مثال، برخی از موتورهای کم مصرف IE4 و IE5 ترجیح می دهند از حالت آهنربای دائمی استفاده کنند.
1) صرفه جویی در انرژی:
متفاوت از موتور ناهمزمان، روتور موتور آهنربای دائمی نیازی به جریان تحریک ندارد و صرفه جویی در انرژی حدود 15٪ -20٪ است.
2) راندمان بالا:
راندمان موتورهای آهنربای دائم 2 تا 19 درصد بیشتر از موتورهای سنتی است.
3) موتور آهنربای دائم خاکی کمیاب ساختار ساده و میزان خرابی کم دارد.
4) عمر طولانی:
روتور موتور آهنربای دائمی ساختار مهر و موم تعبیه شده ای را اتخاذ می کند که برای کاهش اصطکاک و اکسیداسیون در طول چرخش و بهبود پایداری و عمر موتور مفید است. 2 سال، و مزایای اقتصادی در واقع آشکار است.
4. تفاوت بین موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب و موتورهای سنتی
موتور آهنربای دائم یک موتور سنکرون DC/AC است که در آن استاتور یک آهنربای دائمی است و فقط روتور یک سیم پیچ است.استاتور یک موتور معمولی یک سیم پیچ (الکترومغناطیس) است.
پس از ساخت موتور آهنربای دائمی، می تواند میدان مغناطیسی خود را بدون انرژی خارجی حفظ کند.موتورهای سنتی برای داشتن میدان مغناطیسی به جریان الکتریکی نیاز دارند.
موتورهای سنتی برای دستیابی به گشتاور بالا نیاز به یک مکانیسم کاهش دارند، در حالی که موتورهای آهنربای دائمی خاکی کمیاب می توانند مکانیسم کاهش را برای دستیابی به درایو مستقیم جایگزین کنند.
در مقایسه با موتورهای معمولی، موتورهای آهنربای دائم چگالی توان بالایی دارند، که عمدتاً به این معنی است که موتورهای آهنربای دائم از نظر اندازه کوچک و در تولید یا خروجی برق بزرگ هستند.
در مقایسه با موتورهای معمولی، صرفه جویی در انرژی می تواند به 20٪ -40٪ برسد.ساختار روتور موتور آهنربای دائمی با موتور معمولی متفاوت است.
قطب های آهنربای دائمی روی روتور موتور آهنربای دائمی نصب می شوند.سیم پیچ تحریک روی روتور موتور معمولی نصب شده است و میدان مغناطیسی باید با جریان تامین شود.
در مقایسه با موتورهای سنتی، هر نقطه سرعت باعث صرفه جویی در مصرف برق می شود، به خصوص در سرعت های پایین.
موتور آهنربای دائم ساختار ساده ای دارد.
با توجه به استفاده از آهنرباهای دائمی با کارایی بالا برای تامین میدان مغناطیسی، میدان مغناطیسی شکاف هوای موتور آهنربای دائم در مقایسه با موتورهای معمولی بسیار افزایش می‌یابد، در حالی که حجم و وزن موتورهای آهنربای دائم در مقایسه با موتورهای معمولی بسیار کاهش می‌یابد. .
اندازه ها و شکل ها نیز انعطاف پذیر هستند.تحریک غیر الکتریکی روتور به این معنی است که هیچ تلفات و تولید گرما وجود ندارد.
بنابراین، افزایش دمای موتورهای آهنربای دائم به طور کلی بسیار کم است.
به دلیل استفاده از مواد مغناطیسی دائمی خاکی کمیاب با کارایی بالا برای تامین میدان مغناطیسی، میزان شکست کمتر است و استفاده از آن بیشتر رایج است.
از آنجایی که سیم پیچ روتور زمانی که موتور آهنربای دائم به طور معمول کار می کند کار نمی کند، سیم پیچ روتور را می توان طوری طراحی کرد که الزامات گشتاور راه اندازی بالا را به طور کامل برآورده کند، به عنوان مثال، از 1.8 برابر تا 2.5 برابر یا حتی بیشتر.
عمر مفید موتور آهنربای دائمی به طور کلی 15-20 سال است و عمر موتور عمدتاً به نگهداری کاربر بستگی دارد.
علاوه بر این، کیفیت محیط استفاده از موتور آهنربای دائم و عواملی مانند الکتریسیته، مغناطیس، گرما، لرزش و سایر عواملی که موتور در حین استفاده دریافت می کند، بر عمر موتور سنکرون آهنربای دائم تأثیر می گذارد!
آهنرباهای عمومی عمر مفیدی دارند.هنگامی که برای چند سال استفاده شود، مغناطیس ضعیف می شود، اما خواص مغناطیسی مواد مغناطیسی دائم NdFeB با گذشت زمان بسیار کم تغییر می کند و آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب در طول عمر طراحی موتور (10-20 سال) هستند.
تضعیف عملکرد مغناطیسی کمتر از 3٪ است.تحت طراحی موتور موجود و فناوری کنترل الکترونیکی، تأثیر کمی بر عملکرد کلی موتور دارد.
اگر محاسبه طراحی موتور به اندازه کافی دقیق نباشد و درجه پایین‌تری به اشتباه انتخاب شده باشد، مانند آهنربای دائمی 180 درجه سانتیگراد باید انتخاب شود اما 155 درجه سانتیگراد اشتباه انتخاب شده است، ممکن است چنین وضعیتی وجود داشته باشد: آزمایش اولیه شاخص رکورد فرآیند آزمایش بسیار خوب است، از آنجایی که موتور به تدریج تمایل به پایداری حرارتی دارد، شاخص‌های مربوطه موتور شروع به بدتر شدن می‌کنند و بیشتر و بیشتر از انتظارات طراحی منحرف می‌شوند.در یک لحظه خاص، جریان به شدت افزایش می یابد، اینورتر به سرعت متوقف می شود و یک کد اضافه جریان نمایش داده می شود.ویژگی های بی باری موتور را دوباره تست کنید، که نشان می دهد موتور مغناطیس خود را از دست داده است و فولاد مغناطیسی باید جایگزین شود.
از دست دادن مغناطیس ناشی از گرمای بیش از حد موضوع حساسی است و کاهش خواص مغناطیسی آهنرباها نیز می تواند منجر به مشکلات جریان بیش از حد و گرمای بیش از حد شود.اگر تأثیر خواص مغناطیسی فولاد مغناطیسی حذف شود و فقط ضریب حرارتی در نظر گرفته شود، می توان تعیین کرد که در دو حالت پدیده مغناطیسی زدایی بیش از حد گرما رخ می دهد: اول، مسیر تهویه گردشی در موتور غیر معقول، که قانون طبیعی هدایت سرما و گرما را نقض می کند و منجر به تجمع گرمای موضعی می شود.دوم، بار حرارتی سیم پیچ بسیار زیاد است و تولید گرما از سطح تبادل حرارتی سیستم تبادل حرارت موتور فراتر می رود.
هنگامی که موتور در حال کار است، زمانی که جریان بار از توانایی ضد مغناطیس زدایی آهنربا فراتر رود، باعث مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت آهنربا می شود که جریان بار را بیشتر می کند و مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت آهنربا را تشدید می کند.این حرکت متقابل، مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت را تا زمان مغناطیس زدایی تسریع می کند.
مغناطیس زدایی به انتخاب توان موتورهای آهنربای دائم مربوط می شود.انتخاب صحیح قدرت موتور PM می تواند از مغناطیس زدایی جلوگیری کرده یا آن را به تاخیر بیندازد.دلیل اصلی مغناطیس زدایی موتور سنکرون آهنربای دائمی این است که دما بسیار زیاد است و اضافه بار دلیل اصلی دمای بالا است.بنابراین هنگام انتخاب قدرت موتور آهنربای دائم باید حاشیه مشخصی باقی بماند.با توجه به وضعیت واقعی بار، به طور کلی، حدود 20٪ مناسب تر است.
موتورهای سنکرون آهنربای دائم سعی می کنند از راه اندازی مستقیم یا شروع مکرر بارهای سنگین جلوگیری کنند.در طول فرآیند راه اندازی، گشتاور راه اندازی در حال نوسان است و در قسمت دره گشتاور راه اندازی، میدان مغناطیسی استاتور قطب مغناطیسی روتور را مغناطیس زدایی می کند.بنابراین سعی کنید از بار سنگین و راه اندازی مکرر موتور سنکرون آهنربای دائم خودداری کنید.
(1) ضخامت آهنربای دائمی را به طور مناسب افزایش دهید:
از منظر طراحی و ساخت موتور سنکرون آهنربای دائم، رابطه بین واکنش آرمیچر، گشتاور الکترومغناطیسی و مغناطیس زدایی آهنربای دائمی باید در نظر گرفته شود.
تحت اثر ترکیبی شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان سیم پیچ گشتاور و شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ نیروی شعاعی، آهنرباهای دائمی روی سطح روتور به راحتی باعث مغناطیس زدایی می شوند.
در شرایطی که شکاف هوای موتور بدون تغییر باقی بماند، برای اطمینان از اینکه آهنربای دائمی مغناطیس زدایی نمی شود، موثرترین روش افزایش مناسب ضخامت آهنربای دائمی است.
(2) یک مدار شیار تهویه در داخل روتور برای کاهش افزایش دمای روتور وجود دارد:
اگر دمای روتور بیش از حد بالا باشد، آهنربای دائمی باعث از دست دادن غیرقابل برگشت مغناطیس می شود.در طراحی سازه، مدار تهویه داخلی روتور را می توان طوری طراحی کرد که به طور مستقیم فولاد مغناطیسی را خنک کند.نه تنها دمای فولاد مغناطیسی را کاهش می دهد، بلکه کارایی آن را نیز بهبود می بخشد.
