Prečo sa synchrónne motory s permanentnými magnetmi stávajú hlavnými hnacími motormi?
Elektromotor dokáže premieňať elektrickú energiu na mechanickú energiu a prenášať túto mechanickú energiu na kolesá prostredníctvom prevodového systému, aby poháňal vozidlo. Je to jeden z hlavných pohonných systémov vozidiel s novou energiou. V súčasnosti sa bežne používanými pohonnými motormi vo vozidlách s novou energiou stávajú najmä synchrónne motory s permanentnými magnetmi a asynchrónne motory na striedavý prúd. Väčšina vozidiel s novou energiou používa synchrónne motory s permanentnými magnetmi. Medzi reprezentatívne automobilky patria BYD, Li Auto atď. Niektoré vozidlá používajú asynchrónne motory na striedavý prúd. Elektromotory predstavujú automobilky ako Tesla a Mercedes-Benz.
Asynchrónny motor sa skladá hlavne zo stacionárneho statora a rotujúceho rotora. Keď je vinutie statora pripojené k zdroju striedavého prúdu, rotor sa otáča a produkuje výkon. Hlavným princípom je, že keď je vinutie statora pod napätím (striedavý prúd), vytvára sa rotujúce elektromagnetické pole a vinutie rotora je uzavretý vodič, ktorý nepretržite prerušuje indukčné čiary statora v rotačnom magnetickom poli statora. Podľa Faradayovho zákona, keď uzavretý vodič preruší indukčné čiary, generuje sa prúd a prúd generuje elektromagnetické pole. V tomto okamihu existujú dve elektromagnetické polia: jedno je elektromagnetické pole statora pripojené k vonkajšiemu striedavému prúdu a druhé je generované prerušením elektromagnetického indukčného čiary statora. Elektromagnetické pole rotora. Podľa Lenzovho zákona bude indukovaný prúd vždy odolávať príčine indukovaného prúdu, to znamená, že sa bude snažiť zabrániť vodičom na rotore prerušiť indukčné čiary rotačného magnetického poľa statora. Výsledkom je, že vodiče na rotore „dobehnú“ vodiče na statore. Rotujúce elektromagnetické pole znamená, že rotor naháňa rotujúce magnetické pole statora a nakoniec sa motor začne otáčať. Počas tohto procesu sú otáčky rotora (n2) a otáčky statora (n1) nesynchronizované (rozdiel otáčok je približne 2 – 6 %). Preto sa nazýva asynchrónny striedavý motor. Naopak, ak sú otáčky rovnaké, nazýva sa synchrónny motor.
Synchrónny motor s permanentnými magnetmi je tiež typ striedavého motora. Jeho rotor je vyrobený z ocele s permanentnými magnetmi. Keď motor beží, stator je napájaný, aby generoval rotujúce magnetické pole, ktoré tlačí rotor do rotácie. „Synchronizácia“ znamená, že rýchlosť otáčania rotora počas ustáleného režimu je synchronizovaná s rýchlosťou otáčania magnetického poľa. Synchrónne motory s permanentnými magnetmi majú vyšší pomer výkonu k hmotnosti, sú menšie, ľahšie, majú väčší výstupný krútiaci moment a majú vynikajúci výkon pri obmedzení rýchlosti a brzdení. Preto sa synchrónne motory s permanentnými magnetmi stali dnes najpoužívanejšími elektrickými motormi. Keď je však materiál permanentného magnetu vystavený vibráciám, vysokej teplote a preťažovaciemu prúdu, jeho magnetická permeabilita sa môže znížiť alebo môže dôjsť k demagnetizácii, čo môže znížiť výkon motora s permanentnými magnetmi. Okrem toho synchrónne motory s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín používajú materiály zo vzácnych zemín a výrobné náklady nie sú stabilné.
V porovnaní so synchrónnymi motormi s permanentnými magnetmi musia asynchrónne motory počas prevádzky absorbovať elektrickú energiu na budenie, čo spotrebúva elektrickú energiu a znižuje účinnosť motora. Motory s permanentnými magnetmi sú drahšie kvôli pridaniu permanentných magnetov.
Modely, ktoré používajú striedavé asynchrónne motory, majú tendenciu uprednostňovať výkon a využívať výhody výkonu a účinnosti striedavých asynchrónnych motorov pri vysokých rýchlostiach. Reprezentatívnym modelom je skorý Model S. Hlavné vlastnosti: Pri jazde vysokou rýchlosťou dokáže vozidlo udržiavať vysokorýchlostnú prevádzku a efektívne využívať elektrickú energiu, čím znižuje spotrebu energie a zároveň zachováva maximálny výkon;
Modely, ktoré používajú synchrónne motory s permanentnými magnetmi, majú tendenciu uprednostňovať spotrebu energie a využívať výkon a efektívnu prevádzku synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi pri nízkych otáčkach, vďaka čomu sú vhodné pre malé a stredne veľké autá. Ich charakteristickými znakmi sú malá veľkosť, nízka hmotnosť a dlhšia výdrž batérie. Zároveň majú dobrý výkon regulácie otáčok a dokážu si udržať vysokú účinnosť aj pri opakovaných štartoch, zastavovaniach, zrýchľovaniach a spomaľovaniach.
Dominujú synchrónne motory s permanentnými magnetmi. Podľa štatistík z „Mesačnej databázy priemyslu nových energetických vozidiel“, ktoré zverejnil Inštitút pre výskum pokročilého priemyslu (GGII), domáca inštalovaná kapacita pohonných motorov nových energetických vozidiel od januára do augusta 2022 predstavovala približne 3,478 milióna kusov, čo predstavuje medziročný nárast o 101 %. Z nich inštalovaná kapacita synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi predstavovala 3,329 milióna kusov, čo predstavuje medziročný nárast o 106 %; inštalovaná kapacita asynchrónnych motorov na striedavý prúd predstavovala 1,295 milióna kusov, čo predstavuje medziročný nárast o 22 %.
Synchrónne motory s permanentnými magnetmi sa stali hlavnými hnacími motormi na trhu s čisto elektrickými osobnými automobilmi.
Súdiac podľa výberu motorov pre bežné modely doma aj v zahraničí, nové energetické vozidlá, ktoré uviedli na trh domáce spoločnosti SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors atď., používajú synchrónne motory s permanentnými magnetmi. Synchrónne motory s permanentnými magnetmi sa používajú hlavne v Číne. Po prvé, pretože synchrónne motory s permanentnými magnetmi majú dobrý nízkorýchlostný výkon a vysokú účinnosť konverzie, čo je veľmi vhodné pre zložité prevádzkové podmienky s častými štartmi a zastavovaniami v mestskej premávke. Po druhé, kvôli permanentným magnetom z neodýmu, železa a bóru v synchrónnych motoroch s permanentnými magnetmi. Tieto materiály vyžadujú použitie zdrojov vzácnych zemín a moja krajina má 70 % svetových zdrojov vzácnych zemín a celková svetová produkcia magnetických materiálov NdFeB dosahuje 80 %, takže Čína sa viac zaujíma o používanie synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi.
Zahraničné spoločnosti Tesla a BMW používajú synchrónne motory s permanentnými magnetmi a asynchrónne striedavé motory na spoločný vývoj. Z hľadiska aplikačnej štruktúry je synchrónny motor s permanentnými magnetmi hlavnou voľbou pre vozidlá s novou energiou.
Náklady na materiály s permanentnými magnetmi tvoria približne 30 % nákladov na synchrónne motory s permanentnými magnetmi. Suroviny na výrobu synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi zahŕňajú najmä neodým, železo, bór, kremíkové oceľové plechy, meď a hliník. Medzi nimi sa materiál s permanentnými magnetmi, neodým, železo, bór, používa hlavne na výrobu rotorových permanentných magnetov a jeho zloženie nákladov tvorí približne 30 %; kremíkové oceľové plechy sa používajú hlavne na výrobu zákazkových výrobkov. Náklady na jadro rotora tvoria približne 20 %; náklady na vinutie statora tvoria približne 15 %; náklady na hriadeľ motora tvoria približne 5 %; a náklady na plášť motora tvoria približne 15 %.
Prečo súSkrutkový vzduchový kompresor OSG s motormi s permanentnými magnetmiefektívnejšie?
Synchrónny motor s permanentnými magnetmi sa skladá hlavne zo statora, rotora a plášťa. Podobne ako bežné striedavé motory má statorové jadro laminovanú štruktúru, aby sa znížili straty železa v dôsledku vírivých prúdov a hysteréznych efektov počas chodu motora; vinutia majú zvyčajne tiež trojfázovú symetrickú štruktúru, ale výber parametrov je dosť odlišný. Rotorová časť má rôzne tvary, vrátane rotora s permanentným magnetom s rozbehovou klietkou nakrátko a zabudovaného alebo povrchovo namontovaného rotora s čistým permanentným magnetom. Jadro rotora môže byť vyrobené z pevnej alebo laminovanej konštrukcie. Rotor je vybavený materiálom s permanentným magnetom, ktorý sa bežne nazýva magnet.
Za normálnej prevádzky motora s permanentnými magnetmi sú magnetické polia rotora a statora v synchrónnom stave. V rotorovej časti nie je indukovaný prúd a nedochádza k stratám v medi rotora, hysterézii ani stratám vírivými prúdmi. Nie je potrebné brať do úvahy problém strát a zahrievania rotora. Motor s permanentnými magnetmi je vo všeobecnosti napájaný špeciálnym frekvenčným meničom a má prirodzene funkciu mäkkého štartu. Okrem toho je motor s permanentnými magnetmi synchrónny motor, ktorý má vlastnosť regulácie účinníka prostredníctvom intenzity budenia, takže účinník je možné navrhnúť na stanovenú hodnotu.
Z hľadiska štartovania je proces štartovania motora s permanentnými magnetmi veľmi jednoduchý, pretože motor s permanentnými magnetmi sa štartuje pomocou zdroja s premenlivou frekvenciou alebo podporného meniča. Je podobný štartovaniu motora s premenlivou frekvenciou a vyhýba sa chybám pri štartovaní, ktoré sú typické pre bežné asynchrónne motory s klietkou.
Stručne povedané, účinnosť a účinník motorov s permanentnými magnetmi môžu dosiahnuť veľmi vysoké hodnoty, štruktúra je veľmi jednoduchá a trh je v posledných desiatich rokoch veľmi horúci.
Strata budenia je však nevyhnutným problémom pri motoroch s permanentnými magnetmi. Keď je prúd príliš veľký alebo je teplota príliš vysoká, teplota vinutí motora sa okamžite zvýši, prúd sa prudko zvýši a permanentné magnety rýchlo stratia budenie. V riadení motora s permanentnými magnetmi je nastavené zariadenie na ochranu proti nadprúdu, aby sa predišlo problému so spálením vinutia statora motora, ale výsledná strata budenia a vypnutie zariadenia sú nevyhnutné.
Čas uverejnenia: 12. decembra 2023
