So với động cơ kích thích điện truyền thống, động cơ nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm, có cấu trúc đơn giản và hoạt động đáng tin cậy.Khối lượng nhỏ và trọng lượng nhẹ;Tổn thất thấp và hiệu quả cao;Hình dạng và kích thước của động cơ có thể linh hoạt và đa dạng.Do đó, phạm vi ứng dụng vô cùng rộng, hầu như trên tất cả các lĩnh vực hàng không vũ trụ, quốc phòng, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống hàng ngày.Các tính năng và ứng dụng chính của một số động cơ nam châm vĩnh cửu điển hình được giới thiệu dưới đây.
1. So với các máy phát điện truyền thống, máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đất hiếm không cần vòng trượt và thiết bị chổi than, cấu trúc đơn giản và tỷ lệ hỏng hóc giảm.Nam châm vĩnh cửu đất hiếm cũng có thể làm tăng mật độ từ tính của khe hở không khí, tăng tốc độ động cơ lên ​​giá trị tối ưu và cải thiện tỷ lệ công suất trên khối lượng.Máy phát điện nam châm vĩnh cửu đất hiếm hầu như đều được sử dụng trong các máy phát điện hàng không và vũ trụ hiện đại.Sản phẩm tiêu biểu là 150 kVA 14 cực 12.000 vòng/phút ~ 21.000 vòng/phút và máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu cobalt đất hiếm 100 kVA 60.000 vòng/phút do Công ty General Electric của Mỹ sản xuất.Động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm đầu tiên được phát triển ở Trung Quốc là máy phát điện nam châm vĩnh cửu 3 kW 20 000 vòng/phút.
Máy phát điện nam châm vĩnh cửu cũng được sử dụng làm máy kích thích phụ cho máy phát điện tua bin lớn.Vào những năm 1980, Trung Quốc đã phát triển thành công máy kích thích phụ trợ nam châm vĩnh cửu đất hiếm lớn nhất thế giới với công suất 40 kVA ~ 160 kVA và trang bị máy phát điện tua bin 200 MW ~ 600 MW, giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy vận hành của nhà máy điện.
Hiện nay, các máy phát điện nhỏ chạy bằng động cơ đốt trong, máy phát điện nam châm vĩnh cửu cho ô tô và máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu nhỏ dẫn động trực tiếp bằng bánh xe gió đang dần được phổ biến.
2. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao So với động cơ cảm ứng, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không cần dòng điện kích thích phản kháng, điều này có thể cải thiện đáng kể hệ số công suất (lên đến 1 hoặc thậm chí điện dung), giảm dòng điện stato và tổn thất điện trở stato, và không có tổn thất đồng rôto trong quá trình hoạt động ổn định, do đó làm giảm quạt (động cơ công suất nhỏ thậm chí có thể tháo quạt) và tổn thất ma sát gió tương ứng.So với động cơ cảm ứng có cùng thông số kỹ thuật, hiệu suất có thể tăng từ 2 ~ 8 điểm phần trăm.Hơn nữa, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể duy trì hiệu suất và hệ số công suất cao ở mức tải định mức 25% ~ 120%, giúp hiệu quả tiết kiệm năng lượng trở nên rõ rệt hơn khi chạy dưới tải nhẹ.Thông thường, loại động cơ này được trang bị cuộn dây khởi động trên rôto, có khả năng khởi động trực tiếp ở một tần số và điện áp nhất định.Hiện nay, nó chủ yếu được sử dụng trong các mỏ dầu, công nghiệp dệt may và sợi hóa học, công nghiệp gốm sứ và thủy tinh, quạt và máy bơm có thời gian hoạt động hàng năm dài, v.v.
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu NdFeB với hiệu suất cao và mô-men xoắn khởi động cao do nước ta phát triển độc lập có thể giải quyết vấn đề “xe ngựa kéo lớn” trong ứng dụng mỏ dầu.Mô-men xoắn khởi động lớn hơn động cơ cảm ứng từ 50% ~ 100%, có thể thay thế động cơ cảm ứng có số cơ sở lớn hơn và tỷ lệ tiết kiệm điện khoảng 20%.
Trong ngành dệt may, mômen quán tính của tải lớn nên đòi hỏi mô men kéo cao.Thiết kế hợp lý hệ số rò rỉ không tải, tỷ lệ cực lồi, điện trở rôto, kích thước nam châm vĩnh cửu và số vòng dây stato của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể cải thiện hiệu suất lực kéo của động cơ nam châm vĩnh cửu và thúc đẩy ứng dụng của nó trong ngành dệt và sợi hóa học mới.
Quạt và máy bơm được sử dụng trong các nhà máy điện, mỏ, dầu khí, hóa chất và các ngành công nghiệp quy mô lớn là những thiết bị tiêu thụ năng lượng lớn, nhưng hiệu suất và hệ số công suất của động cơ được sử dụng hiện nay còn thấp.Sử dụng nam châm vĩnh cửu NdFeB không chỉ cải thiện hiệu suất và hệ số công suất, tiết kiệm năng lượng mà còn có cấu trúc không chổi than, giúp cải thiện độ tin cậy khi vận hành.Hiện nay, 1 động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 120kW là động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm khởi động không đồng bộ hiệu suất cao không đồng bộ mạnh nhất thế giới.Hiệu suất của nó cao hơn 96,5% (hiệu suất động cơ có thông số kỹ thuật tương tự là 95%) và hệ số công suất của nó là 0,94, có thể thay thế động cơ thông thường bằng cấp công suất lớn hơn nó 1 ~ 2.
3. Động cơ nam châm vĩnh cửu AC servo và động cơ nam châm vĩnh cửu DC không chổi than hiện nay ngày càng sử dụng nguồn điện tần số thay đổi và động cơ AC để hình thành hệ thống điều khiển tốc độ AC thay vì hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC.Trong động cơ điện xoay chiều, tốc độ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu giữ mối quan hệ không đổi với tần số nguồn điện trong quá trình hoạt động ổn định, do đó có thể sử dụng trực tiếp trong hệ thống điều khiển tốc độ biến thiên tần số vòng hở.Loại động cơ này thường được khởi động bằng cách tăng dần tần số của bộ biến tần.Không cần thiết phải đặt cuộn dây khởi động trên rôto, bỏ qua chổi than và cổ góp nên việc bảo trì thuận tiện.
Động cơ nam châm vĩnh cửu tự đồng bộ bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cung cấp bởi bộ biến tần và hệ thống điều khiển vòng kín vị trí rôto, không chỉ có hiệu suất điều chỉnh tốc độ tuyệt vời của động cơ DC kích thích bằng điện mà còn nhận ra không chổi than.Nó chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp có độ chính xác và độ tin cậy điều khiển cao, chẳng hạn như hàng không, hàng không vũ trụ, máy công cụ CNC, trung tâm gia công, robot, xe điện, thiết bị ngoại vi máy tính, v.v.
Hiện tại, hệ thống truyền động và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu NdFeB với dải tốc độ rộng và tỷ lệ tốc độ công suất Gao Heng đã được phát triển, với tỷ lệ tốc độ 1: 22 500 và tốc độ giới hạn 9 000 vòng / phút.Đặc tính hiệu suất cao, độ rung nhỏ, độ ồn thấp và mật độ mô-men xoắn cao của động cơ nam châm vĩnh cửu là động cơ lý tưởng nhất trong xe điện, máy công cụ và các thiết bị lái xe khác.
Với sự cải thiện không ngừng của mức sống của người dân, yêu cầu đối với các thiết bị gia dụng ngày càng cao hơn.Ví dụ, máy điều hòa không khí gia đình không chỉ là thiết bị tiêu thụ điện năng lớn mà còn là nguồn gây ra tiếng ồn chính.Xu hướng phát triển của nó là sử dụng động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu với khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp.Nó có thể tự động điều chỉnh tốc độ phù hợp theo sự thay đổi của nhiệt độ phòng và chạy trong thời gian dài, giảm tiếng ồn và độ rung, giúp mọi người cảm thấy thoải mái hơn và tiết kiệm 1/3 điện năng so với điều hòa không điều chỉnh tốc độ.Các tủ lạnh, máy giặt, máy hút bụi, quạt,… khác đang dần chuyển sang sử dụng động cơ DC không chổi than.
4. Động cơ DC nam châm vĩnh cửu Động cơ DC sử dụng kích thích nam châm vĩnh cửu, không chỉ giữ được các đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt và đặc tính cơ học của động cơ DC kích thích bằng điện mà còn có các đặc tính về cấu trúc và công nghệ đơn giản, khối lượng nhỏ, tiêu thụ đồng thấp, cao hiệu suất, v.v. vì cuộn dây kích thích và tổn thất kích thích được bỏ qua.Vì vậy, động cơ DC nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi từ các thiết bị gia dụng, thiết bị điện tử cầm tay, dụng cụ điện cho đến các hệ thống truyền tốc độ và vị trí chính xác đòi hỏi hiệu suất động học tốt.Trong số các động cơ micro DC dưới 50W, động cơ nam châm vĩnh cửu chiếm 92%, trong khi động cơ dưới 10 W chiếm hơn 99%.
Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô của Trung Quốc đang phát triển nhanh chóng và ngành công nghiệp ô tô là ngành sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu lớn nhất, là bộ phận chính của ô tô.Trong một chiếc ô tô siêu sang, có hơn 70 động cơ với các mục đích khác nhau, hầu hết trong số đó là động cơ vi mô DC nam châm vĩnh cửu điện áp thấp.Khi sử dụng nam châm vĩnh cửu NdFeB và bánh răng hành tinh trong động cơ khởi động ô tô và xe máy, chất lượng của động cơ khởi động có thể giảm đi một nửa.
Phân loại động cơ nam châm vĩnh cửu
Có nhiều loại nam châm vĩnh cửu.Theo chức năng của động cơ, nó có thể được chia thành hai loại: máy phát điện nam châm vĩnh cửu và động cơ nam châm vĩnh cửu.
Động cơ nam châm vĩnh cửu có thể được chia thành động cơ DC nam châm vĩnh cửu và động cơ AC nam châm vĩnh cửu.Động cơ điện xoay chiều nam châm vĩnh cửu dùng để chỉ động cơ đồng bộ nhiều pha có rôto nam châm vĩnh cửu nên thường được gọi là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM).
Động cơ DC nam châm vĩnh cửu có thể được chia thành động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu và động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu (BLDCM) nếu chúng được phân loại theo loại công tắc điện hoặc cổ góp.
Ngày nay, lý thuyết và công nghệ điện tử công suất hiện đại đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới.Với sự ra đời của các thiết bị điện tử công suất như MOSFET, IGBT và MCT, các thiết bị điều khiển đã trải qua những thay đổi cơ bản.Kể từ khi F. Blaceke đưa ra nguyên lý điều khiển véc tơ của động cơ AC vào năm 1971, sự phát triển của công nghệ điều khiển véc tơ đã khởi đầu một kỷ nguyên mới của điều khiển truyền động servo AC và nhiều bộ vi xử lý hiệu suất cao khác nhau đã liên tục được phát triển, thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của hệ thống servo AC thay vì hệ thống servo DC.Xu hướng tất yếu là hệ thống servo AC-I thay thế hệ thống servo DC.Tuy nhiên, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) với lực điện từ phía sau hình sin và động cơ DC không chổi than (BLIX~) có sức điện động phía sau hình thang chắc chắn sẽ trở thành xu hướng phát triển hệ thống servo AC hiệu suất cao vì hiệu suất tuyệt vời của chúng.