Im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren mit elektrischer Erregung, insbesondere Permanentmagnetmotoren Seltenerd-Permanentmagnetmotoren, haben erhebliche Vorteile wie einfache Struktur, zuverlässigen Betrieb, geringe Größe, geringes Gewicht, geringe Verluste, hohe Effizienz, und die Form und Größe des Motors kann flexibel und vielfältig sein, sodass er immer häufiger eingesetzt wird.
Permanentmagnetmotoren verwenden Permanentmagnete als Magnetfeld, die ihr Magnetfeld ohne externe Energie aufrechterhalten können, während normale Motoren Strom benötigen, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
Herkömmliche Permanentmagnetmotoren werden normalerweise in die folgenden fünf Kategorien unterteilt: Permanentmagnet-Gleichstrommotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Asynchronstart, bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren mit variabler Drehzahl und Permanentmagnet-Synchrongeneratoren.
Permanentmagnetmotoren zeichnen sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:
1. Permanentmagnet-Gleichstrommotor
Der strukturelle Unterschied zwischen einem Permanentmagnet-Gleichstrommotor und einem gewöhnlichen Gleichstrommotor besteht darin, dass ersterer auf die Feldwicklung und den Polkern verzichtet und diese durch einen Permanentmagnetpol ersetzt. Die Eigenschaften des Permanentmagnet-Gleichstrommotors ähneln denen des fremderregten Gleichstrommotors, der Unterschied zwischen beiden besteht in der Art und Weise, wie das Hauptmagnetfeld erzeugt wird. Ersteres hat ein unkontrollierbares Magnetfeld, während letzteres ein kontrollierbares Magnetfeld hat. Zusätzlich zu den guten Eigenschaften separat erregter Gleichstrommotoren zeichnen sich Permanentmagnet-Gleichstrommotoren auch durch einfache Struktur, zuverlässigen Betrieb, hohen Wirkungsgrad, geringe Größe und geringes Gewicht aus.
2. Asynchronstart-Permanentmagnet-Synchronmotor
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit asynchronem Start ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit Selbststartfähigkeit, der die Eigenschaften eines Induktionsmotors und eines Synchronmotors mit elektrischer Erregung aufweist. Es beruht auf dem asynchronen Drehmoment, das durch die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld des Stators und dem Käfigrotor erzeugt wird, um den Start zu erreichen. Im Normalbetrieb läuft der Rotor mit synchroner Drehzahl, der Käfigläufer funktioniert nicht mehr und sein Funktionsprinzip ist grundsätzlich das gleiche wie das des elektrisch erregten Synchronmotors. Im Vergleich zum Induktionsmotor weist der Asynchronstart-Permanentmagnet-Synchronmotor die folgenden Eigenschaften auf:
(1) Die Geschwindigkeit ist konstant, was der Synchrongeschwindigkeit entspricht.
(2) Hoher Leistungsfaktor, sogar führender Leistungsfaktor.
Dadurch werden der Statorstrom und der Statorwiderstandsverlust reduziert, und im stabilen Betrieb kommt es zu keinem Rotorkupferverlust, was wiederum die Lüfter (Motoren mit kleiner Kapazität können sogar Lüfter entfernen) und die entsprechende Windreibung reduzieren kann. Der Verlust und die Effizienz können um 2 % erhöht werden 8 % im Vergleich zu Induktionsmotoren gleicher Spezifikation.
(3) Es verfügt über ein breites Spektrum an Wirtschaftszweigen.
Es verfügt nicht nur über einen hohen Leistungsfaktor und Wirkungsgrad bei Nennlast, sondern auch über einen hohen Leistungsfaktor und Wirkungsgrad im Bereich von 25 % bis 120 % Nennlast, wodurch der Energiespareffekt bei Betrieb mit geringer Last deutlicher wird. Dieser Motortyp verfügt im Allgemeinen über eine Anlaufwicklung am Rotor, die bei einer bestimmten Frequenz und Spannung direkt starten kann.
(4) Das Volumen und die Qualität von Permanentmagnetmotoren sind im Vergleich zu Induktionsmotoren stark reduziert.
Beispielsweise beträgt die Masse eines 11-kW-Asynchronmotors 220 kg, während die des Permanentmagnetmotors nur 92 kg beträgt, was 45.8 % der Masse des Asynchronmotors entspricht.
(5) Geringe Auswirkungen auf das Stromnetz.
Der Leistungsfaktor des Induktionsmotors ist niedrig und der Motor muss eine große Menge an Blindstrom aus dem Netz aufnehmen, was zu einer Verschlechterung des Qualitätsfaktors des Netzes führt und die Belastung der Netztransformations- und -verteilungsausrüstung sowie der Stromversorgung erhöht Verlust. Im Rotor des Permanentmagnetmotors erfolgt jedoch keine Induktionsstromerregung und der Leistungsfaktor des Motors ist hoch, was den Qualitätsfaktor des Stromnetzes verbessert und den Einbau einer Blindleistungskompensationsvorrichtung überflüssig macht das Stromnetz.
(6) Da üblicherweise NdFeB-Permanentmagnetmaterialien verwendet werden, ist der Preis hoch; Bei unsachgemäßer Konstruktion oder Verwendung des Motors kann es zu einer irreversiblen Entmagnetisierung kommen.
(7) Die Verarbeitungstechnologie ist komplex und die mechanische Festigkeit gering.
(8) Die Leistung des Motors wird stark von Faktoren wie Umgebungstemperatur und Versorgungsspannung beeinflusst.
3. Bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagnet
Der bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotor ersetzt den Kommutator des Gleichstrommotors durch eine elektronische Kommutierungsvorrichtung, die die hervorragenden Eigenschaften des Gleichstrommotors beibehält. Es bietet nicht nur die Vorteile eines einfachen Aufbaus, eines zuverlässigen Betriebs und einer bequemen Wartung von Wechselstrommotoren, sondern auch die Vorteile eines großen Anlaufdrehmoments und einer guten Geschwindigkeitsregelungsleistung von Gleichstrommotoren. Durch den Wegfall des Bürstenkommutators ist die Zuverlässigkeit hoch; Der Verlust wird hauptsächlich vom Stator erzeugt und die Wärmeableitungsbedingung ist gut. Das Volumen ist klein und das Gewicht ist leicht.
4. Permanentmagnet-Synchronmotor mit einstellbarer Geschwindigkeit
Der Permanentmagnet-Synchronmotor mit variabler Drehzahl und der bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotor sind grundsätzlich gleich aufgebaut, mit mehrphasigen Wicklungen am Stator und Permanentmagneten am Rotor. Die Vorteile beider sind ähnlich. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass der bürstenlose Gleichstrommotor mit Permanentmagneten die Synchronisierung anhand der Rotorpositionsinformationen realisiert, während der geschwindigkeitsregulierende Permanentmagnet-Synchronmotor ein elektronisches Steuerungssystem benötigt, um die Synchronisierung und Geschwindigkeitsregelung zu realisieren.
5. Permanentmagnet-Synchrongenerator
Der Permanentmagnet-Synchrongenerator ist ein Synchrongenerator mit einem besonderen Aufbau. Anders als der gewöhnliche Synchrongenerator verwendet er Permanentmagnete zum Aufbau eines Magnetfelds, eliminiert die Erregerwicklung, die Erregerstromversorgung, den Kollektorring, die Bürste usw. und hat einen einfachen Aufbau. Zuverlässiger Betrieb, hohe Effizienz, wartungsfrei. Wenn Seltenerd-Permanentmagnete verwendet werden, ist die magnetische Luftspaltdichte hoch, die Leistungsdichte hoch, das Volumen klein und das Gewicht gering. Da jedoch ein Permanentmagnet zum Aufbau eines Magnetfelds verwendet wird, ist es schwierig, die Ausgangsspannung und die Blindleistung durch Anpassung der Erregungsmethode anzupassen. Darüber hinaus verwenden Permanentmagnet-Synchrongeneratoren normalerweise NdFeB- oder Ferrit-Permanentmagnete. Der Temperaturkoeffizient von Permanentmagneten ist hoch und die Ausgangsspannung ändert sich mit der Änderung der Umgebungstemperatur, was zu einer Abweichung der Ausgangsspannung von der Nennspannung führt und eine Anpassung schwierig macht.
Warum sind Permanentmagnetmotoren effizienter?
Der Permanentmagnet-Synchronmotor besteht hauptsächlich aus den Komponenten Stator, Rotor und Gehäuse. Wie bei gewöhnlichen Wechselstrommotoren besteht der Statorkern aus einer laminierten Struktur, um den Eisenverlust aufgrund von Wirbelströmen und Hystereseeffekten während des Motorbetriebs zu reduzieren. Auch bei den Wicklungen handelt es sich meist um dreiphasige symmetrische Strukturen, allerdings ist die Parameterauswahl recht unterschiedlich.
Der Rotorteil hat verschiedene Formen, darunter Permanentmagnetrotoren mit Anlaufkäfigläufern und eingebaute oder oberflächenmontierte reine Permanentmagnetrotoren. Der Rotorkern kann massiv oder laminiert sein. Der Rotor ist mit Permanentmagnetmaterial ausgestattet, das üblicherweise als Magnetstahl bezeichnet wird.
Im Normalbetrieb des Permanentmagnetmotors befinden sich Rotor und Statormagnetfeld in einem synchronen Zustand, es gibt keinen induzierten Strom im Rotorteil, keinen Rotorkupferverlust, keine Hysterese und keinen Wirbelstromverlust und es besteht keine Notwendigkeit das Problem des Rotorverlusts und der Wärmeentwicklung zu berücksichtigen.
Generell wird der Permanentmagnetmotor über einen speziellen Frequenzumrichter angetrieben und verfügt selbstverständlich über eine Sanftanlauffunktion.
Darüber hinaus ist der Permanentmagnetmotor ein Synchronmotor, dessen Eigenschaften darin bestehen, den Leistungsfaktor des Synchronmotors durch die Stärke der Erregung anzupassen, sodass der Leistungsfaktor auf einen bestimmten Wert ausgelegt werden kann.
Aus Sicht des Startens ist der Startvorgang des Permanentmagnetmotors einfach zu realisieren, da der Permanentmagnetmotor über die Stromversorgung mit variabler Frequenz oder den unterstützenden Frequenzumrichter gestartet wird. Ähnlich wie beim Starten des Motors mit variabler Frequenz werden die Startfehler des gewöhnlichen Asynchronmotors mit Käfigläufer vermieden.
Kurz gesagt, der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor von Permanentmagnetmotoren können sehr hoch sein und der Aufbau ist sehr einfach. Der Markt war in den letzten zehn Jahren sehr heiß.
Bei Permanentmagnetmotoren ist ein Entmagnetisierungsfehler jedoch ein unvermeidbares Problem. Wenn der Strom zu hoch oder die Temperatur zu hoch ist, steigt die Temperatur der Motorwicklungen schlagartig an, der Strom steigt stark an und die Permanentmagnete verlieren schnell ihren Magnetismus.
Bei der Permanentmagnetmotorsteuerung ist eine Überstromschutzvorrichtung installiert, um das Problem des Durchbrennens der Motorstatorwicklung zu vermeiden. Der daraus resultierende Magnetisierungsverlust und die Abschaltung der Anlage sind jedoch unvermeidlich.
—— Optimales Kühldesign-Gehäuse
Ein besser gekühlter Motor läuft effizienter. Um den besten Luftstrom zu erzielen, wurde das Design des Kühlgebläses und des Lüfterschutzes optimiert und sorgt für eine enge Verbindung zwischen Stator und Motorgehäuse, um die beste Kühlleistung zu erzielen. Der elektrische Wirkungsgrad des Motors hat sich deutlich verbessert, allerdings ist die Leistung des Kühlgebläses für einen größeren Anteil des Gesamtverlusts verantwortlich. Bei der Optimierung der Kühlventilatorgröße geht es darum, die Mindestleistung des Ventilators zu nutzen und gleichzeitig für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Ein optimiertes Lüfterdesign reduziert den Leistungsbedarf des Lüfters um 65 %. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal ist ein Abstand zwischen den Flügeln und dem Gehäuse. Der Raum zwischen Gehäuse und Lüfterflügeln sollte möglichst klein gehalten werden, um Turbulenzen zu vermeiden und Rückströmungen zu reduzieren.
—— Wählen Sie reibungsarme Lager für Betriebsgeschwindigkeiten
Kugel- oder Rollenlager werden in Hochleistungsmotoren eingesetzt und bestehen aus einem Innen- und Außenring sowie einem Käfig, der Rollen oder Kugeln aus Stahl oder Keramik enthält. Der Außenring ist mit dem Stator verbunden und der Innenring ist mit dem Rotor verbunden. Wenn sich die Welle dreht, dreht sich auch das Element und die Reibung der Wellendrehung wird minimiert. Sie zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer und geringe Wartungskosten aus.
Hochpräzise Anwendungen ermöglichen minimale Luftspalte. Wärmeschrumpfung und Wärmeausdehnung beeinflussen die Passung von Welle und Gehäuse sowie das Lagerinnenspiel. Die Leistungsabgabe steuert die Wellengröße und die Lagerbohrung.
Größe und Richtung der Belastung bestimmen die Größe und den Typ des Lagers. Berücksichtigen Sie zusätzliche Kräfte wie asymmetrische Luftspalte, die magnetische Anziehung verursachen, unausgeglichene Kräfte, Teilungsfehler von Zahnrädern und Schubkräfte. Für die Berechnung der Lagerbelastung wird die Welle als Balken betrachtet, der auf starren, momentfreien Stützen gelagert ist. Kugellager sind für Hochgeschwindigkeitsanwendungen besser geeignet als Rollenlager.
Zu den Hochgeschwindigkeitsfaktoren gehören Käfigdesign, Schmierstoffe, Laufgenauigkeit, Spiele, Resonanzfrequenz und Auswuchtung. Lager erfordern eine minimale Belastung, sodass die Wälzkörper rotieren und einen Schmierfilm bilden, anstatt zu gleiten, was die Betriebstemperaturen erhöht und das Schmieröl verschlechtert. Die minimal zulässige Belastung beträgt das 0.01-fache der dynamischen Radiallast des Kugellagers. Dies ist besonders wichtig, wenn sich das Lager 70 % der empfohlenen Nennleistung nähert.
Die Kenntnis des Umgebungstemperaturbereichs und des normalen Betriebstemperaturbereichs hilft dabei, die effektivste Schmiermethode für das Lager zu bestimmen: Öl oder Fett. Der normale Betriebstemperaturbereich für Getriebemotoren liegt im Allgemeinen bei -25 bis 40 °C. Synthetische Fette weisen über einen weiten Temperaturbereich eine gute Leistung auf und ermöglichen eine einfache Wartung und Reinigung, reduzieren das Verschütten und schützen vor Kontamination.
—— Verwenden Sie hochwertige Auswuchtmaschinen, die nach hohen Standards und Motorbetriebsgeschwindigkeiten auswuchten
Lärm und Vibrationen entstehen, wenn die Wellenmitte nicht mit der Drehachse koexistiert. Die Ausgewogenheit hat einen begrenzten Einfluss auf die Effizienz, wirkt sich jedoch auf das Betriebsgeräusch und die Lebenserwartung aus, was auch für die Maximierung der Ressourcennutzung wichtig ist.
Lagervibrationsmessungen werden normalerweise in drei Ebenen durchgeführt: vertikal, horizontal und axial. Vertikale Vibrationen können auf ein Montageproblem hinweisen, horizontale Vibrationen können auf ein Gleichgewichtsproblem hinweisen und axiale Vibrationen können auf ein Lagerproblem hinweisen.
Die Auswuchtung bei Betriebsgeschwindigkeit ist wichtig, da auch Zentripetalkräfte in den Lagern zu Unwucht führen können.
—— Optimales Design von Rotorblechen mit sinusförmigem Magnetfeld
Synchronmotoren mit Hochleistungspermanentmagneten haben eine sinusförmige Flussverteilung und elektromotorische Kraft. Bei verteilten Wicklungen sind die Statorwicklungen in der Regel dieselben wie die Asynchronmotorwicklungen, was Vibrationen, Lärm und Wartungskosten reduziert und die Gesamtleistung verbessert.
—— Auswahl von Seltenerdmagneten vs. Ferritmagneten (Keramik).
In Motoren werden Neodym-, Seltenerd-, Samarium-Kobalt-Magnete oder Ferrit-(Keramik-)Magnete verwendet. Seltenerdmagnete sind zwei- bis dreimal stärker als Permanentmagnete aus Ferrit oder Keramik, aber teurer.
Samarium-Kobalt-Magnete sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Temperaturbeständigkeit von 250 bis 550 °C, geringer Parameterabnahme aufgrund von Temperaturerhöhung und Oxidationsschutz die beste Wahl für Hochtemperaturanwendungen. Die Wahl zwischen Samarium-Kobalt oder Neodym Der Motormagnet muss die Anforderungen an Arbeitstemperatur und Korrosionsbeständigkeit erfüllen.
Minderwertige Neodym-Magnete können ihre „Stärke“ verlieren, wenn sie über 80 °C erhitzt werden. Hochwertige Neodym-Magnete funktionieren bei Temperaturen unter 220 °C. Ferrit- oder Keramikmagnete erfreuen sich aufgrund ihres starken elektrischen Widerstands, ihrer guten Entmagnetisierung, ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und ihrer geringen Kosten großer Beliebtheit.
Beim Betrieb bei Temperaturen über 250 °C kommt es zu magnetischen Verlusten, die jedoch wieder auftreten, wenn der Magnet auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird. Sofern der Stromkreis nicht für extreme Bedingungen ausgelegt ist, kann die niedrige Temperatur von -40 °C zu einem dauerhaften Verlust der Permanentmagnetstärke führen.
—— Der Motor benötigt einen Wechselrichter
Der Wechselrichterantrieb arbeitet im Leerlauf/Stillstand verlustfrei und durch den Ersatz bestehender netzgespeister Drehstromantriebe sind Energieeinsparungen von bis zu 30 % zu erwarten. Aufgrund seiner Eigenschaften ist die Antriebseinheit ideal für den Antrieb von Pumpen und Lüftern im Dauerbetrieb. Es sind keine zusätzlichen Komponenten wie Encoder erforderlich. Eine Stellfläche von bis zu 25 % ermöglicht eine kompaktere Maschinenkonstruktion. Die Motoren sind gut gesteuert und bieten in Kombination mit einer sensorlosen Antriebssteuereinheit eine hervorragende Leistung in der Praxis auch bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie eine beeindruckende Dynamik bei pulsierenden Lasten und Geschwindigkeitsänderungen.
—— Wählen Sie einen Wechselrichter, der einen sensorlosen Betrieb ermöglicht
Der Antrieb kann die Permanentmagnetposition des Rotors „selbst erkennen“ und verfolgen. Dies ist für den reibungslosen Start des Motors unerlässlich und ermöglicht gleichzeitig die Erzeugung eines optimalen Drehmoments und damit eines optimalen Wirkungsgrads.
Der Verzicht auf Positions- oder Geschwindigkeitssensoren reduziert die Kosten und erhöht die Zuverlässigkeit des Antriebssystems. Da die Effizienz weiter steigt, wird es immer wichtiger, die Steuerungseinstellungen für einen bestimmten Motor für optimale Effizienz zu programmieren.
ENNENG widmet sich der Forschung und Entwicklung verschiedener spezieller Hoch- und Niederspannungs-Permanentmagnetmotoren mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment, Permanentmagnetmotoren mit konstanter Drehzahl und speziellen Permanentmagnetmotoren mit Direktantrieb.
ENNENG-Permanentmagnetmotoren werden häufig in namhaften chinesischen Unternehmen in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter Goldminen, Kohlebergwerke, Reifenfabriken, Ölquellen und Wasseraufbereitungsanlagen. Sie kommen den Kunden sowohl bei der Energieeinsparung als auch beim Umweltschutz zugute.
