Dlaczego silniki synchroniczne z magnesami trwałymi stają się głównymi silnikami napędowymi?

Dlaczego silniki synchroniczne z magnesami trwałymi stają się głównymi silnikami napędowymi?

Silnik elektryczny może przekształcać energię elektryczną w energię mechaniczną i przekazywać energię mechaniczną do kół za pośrednictwem układu przeniesienia napędu w celu napędzania pojazdu.Jest to jeden z podstawowych układów napędowych pojazdów nowych źródeł energii.Obecnie powszechnie stosowanymi silnikami napędowymi w pojazdach nowej energii są głównie silniki synchroniczne z magnesami trwałymi i silniki asynchroniczne prądu przemiennego.Większość nowych pojazdów energetycznych wykorzystuje silniki synchroniczne z magnesami trwałymi.Reprezentatywnymi firmami samochodowymi są BYD, Li Auto itp. Niektóre pojazdy wykorzystują silniki asynchroniczne prądu przemiennego.Silniki elektryczne reprezentują takie firmy samochodowe, jak Tesla i Mercedes-Benz.

Silnik asynchroniczny składa się głównie ze stacjonarnego stojana i obracającego się wirnika.Gdy uzwojenie stojana jest podłączone do źródła prądu przemiennego, wirnik będzie się obracał i wytwarzał moc wyjściową.Główną zasadą jest to, że gdy uzwojenie stojana jest zasilane (prądem przemiennym), tworzy ono wirujące pole elektromagnetyczne, a uzwojenie wirnika jest zamkniętym przewodnikiem, który w sposób ciągły przecina linie indukcji magnetycznej stojana w wirującym polu magnetycznym stojana.Zgodnie z prawem Faradaya, gdy zamknięty przewodnik przecina linię indukcji magnetycznej, powstaje prąd, który wytwarza pole elektromagnetyczne.W tym momencie istnieją dwa pola elektromagnetyczne: jedno to pole elektromagnetyczne stojana podłączone do zewnętrznego prądu przemiennego, a drugie jest generowane przez przecięcie linii indukcji elektromagnetycznej stojana.Pole elektromagnetyczne wirnika.Zgodnie z prawem Lenza indukowany prąd zawsze będzie przeciwstawiał się przyczynie indukowanego prądu, to znaczy będzie próbował zapobiec przecięciu przez przewodniki na wirniku linii indukcji magnetycznej wirującego pola magnetycznego stojana.Rezultat jest taki: przewodniki na wirniku „dogonią” stojana. Wirujące pole elektromagnetyczne oznacza, że ​​wirnik goni wirujące pole magnetyczne stojana, aż w końcu silnik zacznie się obracać.Podczas tego procesu prędkość obrotowa wirnika (n2) i prędkość obrotowa stojana (n1) nie są zsynchronizowane (różnica prędkości wynosi około 2-6%).Dlatego nazywa się go asynchronicznym silnikiem prądu przemiennego.Przeciwnie, jeśli prędkość obrotowa jest taka sama, nazywa się to silnikiem synchronicznym.

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi jest również rodzajem silnika prądu przemiennego.Jego wirnik wykonany jest ze stali z magnesami trwałymi.Gdy silnik pracuje, stojan jest zasilany energią, która generuje wirujące pole magnetyczne, które powoduje obrót wirnika.„Synchronizacja” oznacza, że ​​obrót wirnika podczas pracy w stanie ustalonym. Prędkość jest zsynchronizowana z prędkością obrotową pola magnetycznego.Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi mają wyższy stosunek mocy do masy, są mniejsze, lżejsze, mają większy wyjściowy moment obrotowy i mają doskonałą prędkość graniczną i skuteczność hamowania.Dlatego też silniki synchroniczne z magnesami trwałymi stały się obecnie najczęściej używanym pojazdem elektrycznym.silnika elektrycznego.Jednakże, gdy materiał magnesu trwałego jest narażony na wibracje, wysoką temperaturę i prąd przeciążeniowy, jego przenikalność magnetyczna może się zmniejszyć lub może nastąpić rozmagnesowanie, co może zmniejszyć wydajność silnika z magnesem trwałym.Ponadto silniki synchroniczne z magnesami trwałymi ziem rzadkich wykorzystują materiały ziem rzadkich, a koszt produkcji nie jest stabilny.

W porównaniu z silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi, silniki asynchroniczne muszą pochłaniać energię elektryczną do wzbudzenia podczas pracy, co zużywa energię elektryczną i zmniejsza wydajność silnika.Silniki z magnesami trwałymi są droższe ze względu na dodatek magnesów trwałych.

Modele wybierające silniki asynchroniczne prądu przemiennego zwykle traktują priorytetowo wydajność i wykorzystują wydajność oraz zalety silników asynchronicznych prądu przemiennego przy dużych prędkościach.Reprezentatywnym modelem jest wczesny Model S. Główne cechy: Gdy samochód jedzie z dużą prędkością, może utrzymać dużą prędkość i efektywnie wykorzystywać energię elektryczną, zmniejszając zużycie energii przy jednoczesnym zachowaniu maksymalnej mocy;

Modele wybierające silniki synchroniczne z magnesami trwałymi zazwyczaj traktują priorytetowo zużycie energii i wykorzystują wydajność oraz efektywną pracę silników synchronicznych z magnesami trwałymi przy niskich prędkościach, dzięki czemu nadają się do samochodów małych i średnich.Charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, niewielką wagą i wydłużoną żywotnością baterii.Jednocześnie ma dobrą wydajność regulacji prędkości i może utrzymać wysoką wydajność w obliczu powtarzających się uruchomień, zatrzymań, przyspieszania i zwalniania.

Dominują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi.Według statystyk z „Miesięcznej bazy danych łańcucha przemysłu pojazdów energetycznych” opublikowanej przez Instytut Zaawansowanych Badań Przemysłowych (GGII), krajowa moc zainstalowana silników napędowych pojazdów napędzanych nowymi energią od stycznia do sierpnia 2022 r. wyniosła około 3,478 mln jednostek, rok do roku -roczny wzrost o 101%.Wśród nich moc zainstalowana silników synchronicznych z magnesami trwałymi wyniosła 3,329 mln sztuk, co oznacza wzrost o 106% rok do roku;moc zainstalowana silników asynchronicznych prądu przemiennego wyniosła 1,295 mln sztuk, co oznacza wzrost o 22% rok do roku.

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi stały się głównymi silnikami napędowymi na rynku czysto elektrycznych samochodów osobowych.

Sądząc po doborze silników do popularnych modeli w kraju i za granicą, nowe pojazdy energetyczne wprowadzone na rynek przez krajowe SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors itp. wykorzystują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi.Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są używane głównie w Chinach.Po pierwsze, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi charakteryzują się dobrą wydajnością przy niskich prędkościach i wysoką wydajnością konwersji, co doskonale sprawdza się w złożonych warunkach pracy z częstymi rozruchami i zatrzymaniami w ruchu miejskim.Po drugie, ze względu na magnesy trwałe zawierające neodym, żelazo i bor w silnikach synchronicznych z magnesami trwałymi.Materiały wymagają użycia zasobów pierwiastków ziem rzadkich, a mój kraj posiada 70% światowych zasobów pierwiastków ziem rzadkich, a całkowita produkcja materiałów magnetycznych NdFeB sięga 80% świata, dlatego Chiny chętniej korzystają z silników synchronicznych z magnesami trwałymi.

Zagraniczne Tesla i BMW wykorzystują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi i silniki asynchroniczne prądu przemiennego do wspólnego rozwoju.Z punktu widzenia struktury zastosowań silnik synchroniczny z magnesami trwałymi jest głównym wyborem w przypadku pojazdów nowych źródeł energii.

Koszt materiałów z magnesami trwałymi stanowi około 30% kosztów silników synchronicznych z magnesami trwałymi.Surowce do produkcji silników synchronicznych z magnesami trwałymi obejmują głównie neodymowo-żelazowo-borowy, blachy ze stali krzemowej, miedź i aluminium.Wśród nich materiał na magnes trwały, neodym, żelazo i bor, jest używany głównie do wytwarzania magnesów trwałych wirnika, a skład kosztów wynosi około 30%;blachy ze stali krzemowej są używane głównie do produkcji niestandardowych. Skład kosztów rdzenia wirnika wynosi około 20%;skład kosztów uzwojenia stojana wynosi około 15%;skład kosztów wału silnika wynosi około 5%;a skład kosztów obudowy silnika wynosi około 15%.

DlaczegoSilniki OSG z magnesami trwałymi, sprężarka śrubowa powietrzabardziej wydajny?

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi składa się głównie z elementów stojana, wirnika i powłoki.Podobnie jak zwykłe silniki prądu przemiennego, rdzeń stojana ma laminowaną strukturę, która zmniejsza utratę żelaza w wyniku prądu wirowego i efektu histerezy podczas pracy silnika;uzwojenia są również zwykle trójfazowymi konstrukcjami symetrycznymi, ale dobór parametrów jest zupełnie inny.Część wirnika ma różne formy, w tym wirnik z magnesami trwałymi z początkową klatką wiewiórkową oraz osadzony lub montowany powierzchniowo wirnik z czystym magnesem trwałym.Rdzeń wirnika może być wykonany w postaci solidnej konstrukcji lub laminowany.Wirnik wyposażony jest w materiał z magnesem trwałym, który powszechnie nazywany jest magnesem.

Podczas normalnej pracy silnika z magnesami trwałymi pola magnetyczne wirnika i stojana są w stanie synchronicznym.W części wirnika nie występuje prąd indukowany i nie ma strat miedzi w wirniku, histerezy ani strat prądu wirowego.Nie ma potrzeby rozważania problemu strat i nagrzewania wirnika.Ogólnie rzecz biorąc, silnik z magnesami trwałymi jest zasilany przez specjalną przetwornicę częstotliwości i ma oczywiście funkcję miękkiego startu.Ponadto silnik z magnesami trwałymi jest silnikiem synchronicznym, którego cechą charakterystyczną jest dostosowywanie współczynnika mocy poprzez intensywność wzbudzenia, dzięki czemu współczynnik mocy można zaprojektować na określoną wartość.

Z punktu widzenia startu, ze względu na fakt, że silnik z magnesami trwałymi jest uruchamiany za pomocą zasilacza o zmiennej częstotliwości lub falownika pomocniczego, proces rozruchu silnika z magnesami trwałymi jest bardzo łatwy;przypomina rozruch silnika o zmiennej częstotliwości i pozwala uniknąć wad rozruchu zwykłych silników asynchronicznych klatkowych.

Krótko mówiąc, wydajność i współczynnik mocy silników z magnesami trwałymi mogą sięgać bardzo wysokich, konstrukcja jest bardzo prosta, a rynek był bardzo gorący w ciągu ostatnich dziesięciu lat.

Jednakże utrata wzbudzenia jest nieuniknionym problemem w silnikach z magnesami trwałymi.Gdy prąd jest zbyt duży lub temperatura jest zbyt wysoka, temperatura uzwojeń silnika natychmiast wzrośnie, prąd gwałtownie wzrośnie, a magnesy trwałe szybko stracą wzbudzenie.W sterowaniu silnikiem z magnesami trwałymi ustawione jest zabezpieczenie nadprądowe, aby uniknąć problemu spalenia uzwojenia stojana silnika, ale wynikająca z tego utrata wzbudzenia i wyłączenie sprzętu są nieuniknione.