بالمقارنة مع محركات الإثارة الكهربائية التقليدية، وخاصة محركات المغناطيس الدائم محركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، لها مزايا كبيرة مثل الهيكل البسيط، التشغيل الموثوق، الحجم الصغير، الوزن الخفيف، الخسارة المنخفضة، الكفاءة العالية، وشكل وحجم المحرك يمكن أن يكونا مرنين ومتنوعين، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع.
تستخدم المحركات ذات المغناطيس الدائم المغناطيس الدائم كمجال مغناطيسي، والذي يمكنه الحفاظ على مجاله المغناطيسي دون طاقة خارجية، بينما تتطلب المحركات العادية تيارًا للحصول على مجال مغناطيسي.
تنقسم المحركات التقليدية ذات المغناطيس الدائم عادةً إلى الفئات الخمس التالية: محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم، المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم غير المتزامنة، محركات التيار المستمر بدون فرش ذات المغناطيس الدائم، المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ذات السرعة المتغيرة، والمولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم.
تتميز المحركات ذات المغناطيس الدائم بالخصائص التالية:
1. محرك DC مغناطيسي دائم
الفرق الهيكلي بين محرك DC ذو المغناطيس الدائم ومحرك DC العادي هو أن الأول يلغي ملف المجال ونواة القطب، ويستبدله بقطب مغناطيس دائم. تتشابه خصائص محرك DC ذو المغناطيس الدائم مع خصائص محرك DC المثار بشكل منفصل، والفرق بين الاثنين هو الطريقة التي يتم بها إنشاء المجال المغناطيسي الرئيسي. الأول لديه مجال مغناطيسي لا يمكن السيطرة عليه، في حين أن الأخير لديه مجال مغناطيسي يمكن السيطرة عليه. بالإضافة إلى الخصائص الجيدة لمحركات التيار المستمر المثارة بشكل منفصل، تتميز محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم أيضًا بخصائص الهيكل البسيط والتشغيل الموثوق والكفاءة العالية والحجم الصغير والوزن الخفيف.
2. بداية غير متزامنة محرك متزامن المغناطيس الدائم
المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم غير المتزامن هو محرك متزامن ذو مغناطيس دائم مع قدرة التشغيل الذاتي، والذي يتميز بخصائص المحرك التعريفي والمحرك المتزامن للإثارة الكهربائية. إنه يعتمد على عزم الدوران غير المتزامن الناتج عن التفاعل بين المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت والدوار القفصي لتحقيق البدء. أثناء التشغيل العادي، يعمل الدوار بسرعة متزامنة، ولم يعد دوار القفص يعمل، ومبدأ عمله هو في الأساس نفس مبدأ المحرك المتزامن للإثارة الكهربائية. بالمقارنة مع المحرك التعريفي، يتميز المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم غير المتزامن بالخصائص التالية:
(1) السرعة ثابتة، وهي سرعة متزامنة.
(2) عامل القدرة العالية، حتى عامل القدرة الرائدة.
وبالتالي تقليل فقدان مقاومة التيار الثابت والجزء الثابت، ولا يوجد فقدان للنحاس الدوار أثناء التشغيل المستقر، والذي بدوره يمكن أن يقلل المراوح (يمكن للمحركات ذات السعة الصغيرة حتى إزالة المراوح) ويمكن زيادة فقدان احتكاك الرياح المقابل والكفاءة بنسبة 2٪ إلى 8% مقارنة بالمحركات الحثية بنفس المواصفات.
(3) لديها مجموعة واسعة من العمليات الاقتصادية.
إنه ليس لديه عامل طاقة عالي وكفاءة عند الحمل المقدر فحسب، بل لديه أيضًا عامل طاقة عالي وكفاءة في نطاق 25% إلى 120% حمل مقدر، مما يجعل تأثير توفير الطاقة أكثر أهمية عند التشغيل تحت حمل خفيف. يحتوي هذا النوع من المحركات بشكل عام على ملف بدء على الدوار، والذي لديه القدرة على البدء مباشرة عند تردد وجهد معينين.
(4) يتم تقليل حجم ونوعية المحركات ذات المغناطيس الدائم بشكل كبير مقارنة بالمحركات الحثية.
على سبيل المثال، تبلغ كتلة محرك غير متزامن بقدرة 11 كيلو وات 220 كجم، في حين تبلغ كتلة محرك المغناطيس الدائم 92 كجم فقط، أي ما يعادل 45.8% من كتلة المحرك غير المتزامن.
(5) تأثير ضئيل على شبكة الكهرباء.
عامل القدرة للمحرك التحريضي منخفض، ويجب على المحرك أن يمتص كمية كبيرة من التيار التفاعلي من الشبكة، مما يؤدي إلى انخفاض عامل الجودة للشبكة، مما يزيد العبء على معدات تحويل وتوزيع الشبكة والطاقة خسارة. ومع ذلك، لا يوجد إثارة تيار تحريضي في دوار محرك المغناطيس الدائم، وعامل قدرة المحرك مرتفع، مما يحسن عامل جودة شبكة الطاقة ويجعل من غير الضروري تركيب جهاز تعويض الطاقة التفاعلية في شبكة الكهرباء.
(6) نظرًا لاستخدام مواد المغناطيس الدائم NdFeB عادةً، فإن السعر مرتفع؛ عندما يتم تصميم المحرك أو استخدامه بشكل غير صحيح، قد تحدث إزالة مغناطيسية لا رجعة فيها.
(7) تكنولوجيا المعالجة معقدة والقوة الميكانيكية ضعيفة.
(8) يتأثر أداء المحرك بشكل كبير بعوامل مثل درجة الحرارة المحيطة وجهد مصدر الطاقة.
3. محرك DC بدون فرش مغناطيسي دائم
يستبدل محرك DC بدون فرش ذو المغناطيس الدائم مبدل محرك DC بجهاز تخفيف إلكتروني، والذي يحتفظ بالخصائص الممتازة لمحرك DC. إنها لا تتمتع بمزايا الهيكل البسيط والتشغيل الموثوق والصيانة المريحة لمحركات التيار المتردد فحسب، بل تتميز أيضًا بمزايا عزم الدوران الكبير وأداء تنظيم السرعة الجيد لمحركات التيار المستمر. بسبب إلغاء عاكس الفرشاة، فإن الموثوقية عالية؛ يتم إنشاء الخسارة بشكل رئيسي عن طريق الجزء الثابت، وحالة تبديد الحرارة جيدة؛ الحجم صغير والوزن خفيف.
4. محرك متزامن مغناطيسي دائم ذو سرعة قابلة للتعديل
المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ذو السرعة المتغيرة ومحرك DC بدون فرش ذو المغناطيس الدائم هما في الأساس نفس الهيكل، مع ملفات متعددة الطور على الجزء الثابت ومغناطيس دائم على الدوار. مزايا الاثنين متشابهة. الفرق الرئيسي بينهما هو أن محرك DC بدون فرش ذو المغناطيس الدائم يحقق التزامن وفقًا لمعلومات موضع الدوار، بينما يحتاج المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم المنظم للسرعة إلى نظام تحكم إلكتروني لتحقيق التزامن وتنظيم السرعة.
5. مولد متزامن المغناطيس الدائم
المولد المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو مولد متزامن ذو هيكل خاص. يختلف عن المولد المتزامن العادي، فهو يستخدم مغناطيسًا دائمًا لإنشاء مجال مغناطيسي، ويلغي لف الإثارة، ومصدر طاقة الإثارة، وحلقة التجميع، والفرشاة، وما إلى ذلك، وله هيكل بسيط. عملية موثوقة، وكفاءة عالية، وخالية من الصيانة. عند استخدام المغناطيس الدائم للأتربة النادرة، تكون الكثافة المغناطيسية للفجوة الهوائية عالية، وكثافة الطاقة عالية، والحجم صغير، والوزن خفيف. ومع ذلك، نظرًا لاستخدام المغناطيس الدائم لإنشاء مجال مغناطيسي، فمن الصعب ضبط جهد الخرج والطاقة التفاعلية عن طريق ضبط طريقة الإثارة. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما تستخدم المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم مغناطيس NdFeB أو الفريت الدائم. معامل درجة الحرارة للمغناطيس الدائم مرتفع، ويتغير جهد الخرج مع تغير درجة الحرارة المحيطة، مما يؤدي إلى انحراف جهد الخرج عن الجهد المقنن، ومن الصعب ضبطه.
لماذا تعتبر المحركات ذات المغناطيس الدائم أكثر كفاءة؟
يتكون المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم بشكل أساسي من الجزء الثابت والدوار ومكونات الغلاف. مثل محركات التيار المتردد العادية، فإن قلب الجزء الثابت عبارة عن هيكل مصفح لتقليل فقدان الحديد بسبب تأثيرات التيار الدوامي والتباطؤ أثناء تشغيل المحرك؛ عادة ما تكون اللفات أيضًا هياكل متناظرة ثلاثية الطور، لكن اختيار المعلمة مختلف تمامًا.
الجزء الدوار له أشكال مختلفة، بما في ذلك الدوارات ذات المغناطيس الدائم مع أقفاص السنجاب، والدوارات ذات المغناطيس الدائم النقي المدمجة أو المثبتة على السطح. يمكن تحويل قلب الدوار إلى هيكل صلب أو مصفح. تم تجهيز الدوار بمادة مغناطيسية دائمة، والتي تسمى عادة بالفولاذ المغناطيسي.
في ظل التشغيل العادي لمحرك المغناطيس الدائم، يكون الدوار والمجال المغناطيسي للجزء الثابت في حالة متزامنة، ولا يوجد تيار مستحث في الجزء الدوار، ولا يوجد فقدان للنحاس الدوار، أو تباطؤ، أو فقدان تيار إيدي، وليست هناك حاجة للنظر في مشكلة فقدان الدوار وتوليد الحرارة.
بشكل عام، يتم تشغيل محرك المغناطيس الدائم بواسطة محول تردد خاص وبطبيعة الحال لديه وظيفة بدء التشغيل الناعمة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن محرك المغناطيس الدائم هو محرك متزامن، والذي يتميز بخصائص ضبط عامل الطاقة للمحرك المتزامن من خلال قوة الإثارة، لذلك يمكن تصميم عامل الطاقة بقيمة محددة.
من منظور البدء، نظرًا لحقيقة أن محرك المغناطيس الدائم يتم تشغيله بواسطة مصدر طاقة متغير التردد أو محول التردد الداعم، فمن السهل تحقيق عملية بدء محرك المغناطيس الدائم؛ على غرار بدء تشغيل المحرك ذو التردد المتغير، فإنه يتجنب عيوب بدء تشغيل المحرك غير المتزامن العادي من نوع القفص.
باختصار، يمكن أن تصل كفاءة وعامل الطاقة للمحركات ذات المغناطيس الدائم إلى مستويات عالية جدًا، والهيكل بسيط للغاية. كان السوق ساخنًا جدًا في السنوات العشر الماضية.
ومع ذلك، فإن فشل إزالة المغناطيسية يمثل مشكلة لا يمكن تجنبها بالنسبة للمحركات ذات المغناطيس الدائم. عندما يكون التيار مرتفعًا جدًا أو تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا، سترتفع درجة حرارة ملفات المحرك على الفور، وسيزداد التيار بشكل حاد، وستفقد المغناطيسات الدائمة مغناطيسيتها بسرعة.
في التحكم في محرك المغناطيس الدائم، يتم ضبط جهاز حماية التيار الزائد لتجنب مشكلة حرق الجزء الثابت للمحرك، ولكن فقدان المغنطة الناتج وإيقاف تشغيل المعدات أمر لا مفر منه.
—— حالة تصميم التبريد الأمثل
يعمل المحرك المبرد بشكل أفضل بكفاءة أكبر، ومن أجل الحصول على أفضل تدفق للهواء، تم تحسين تصميم مروحة التبريد وواقي المروحة، مما يضمن رابطة محكمة بين الجزء الثابت وغطاء المحرك لتوفير أفضل أداء تبريد. لقد تحسنت الكفاءة الكهربائية للمحرك كثيرًا، لكن قوة مروحة التبريد تمثل نسبة أكبر من إجمالي الخسارة. يتضمن تحسين حجم مروحة التبريد استخدام الحد الأدنى من طاقة المروحة مع توفير التبريد المناسب. يعمل التصميم الأمثل للمروحة على تقليل متطلبات طاقة المروحة بنسبة 65%. ميزة التصميم الهامة هي الخلوص بين الشفرات والإسكان. يجب أن تظل المسافة بين الهيكل وشفرات المروحة صغيرة قدر الإمكان لمنع الاضطراب وتقليل التدفق العكسي.
—— اختر محامل منخفضة الاحتكاك لسرعات التشغيل
تستخدم المحامل الكروية أو الأسطوانية في المحركات عالية الكفاءة وتتكون من حلقة داخلية وخارجية وقفص يحتوي على بكرات أو كرات من الفولاذ أو السيراميك. الحلقة الخارجية متصلة بالجزء الثابت، والحلقة الداخلية متصلة بالدوار. عندما يدور العمود، يدور العنصر أيضًا، ويتم تقليل احتكاك دوران العمود. لديهم عمر خدمة طويل وتكاليف صيانة منخفضة.
تسمح التطبيقات عالية الدقة بالحد الأدنى من فجوات الهواء. يؤثر الانكماش الحراري والتمدد الحراري على ملاءمة العمود والإسكان بالإضافة إلى خلوص المحمل الداخلي. يتحكم خرج الطاقة في حجم العمود وتجويف المحمل.
يحدد حجم واتجاه الحمل حجم ونوع المحمل. خذ بعين الاعتبار القوى الإضافية مثل الفجوات الهوائية غير المتماثلة التي تسبب السحب المغناطيسي، والقوى غير المتوازنة، وأخطاء ميل التروس، وأحمال الدفع. بالنسبة لحسابات حمل التحمل، يعتبر العمود بمثابة شعاع مدعوم على دعامات صلبة خالية من العزوم. تعتبر المحامل الكروية أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية السرعة من المحامل الأسطوانية.
تشمل عوامل السرعة العالية تصميم القفص، ومواد التشحيم، ودقة التشغيل، والخلوصات، وتردد الرنين، والتوازن. تتطلب المحامل الحد الأدنى من الحمل، لذلك تدور العناصر المتدحرجة لتشكل طبقة تشحيم بدلاً من الانزلاق، مما يرفع درجات حرارة التشغيل ويقلل زيت التشحيم. الحد الأدنى للحمل المسموح به يساوي 0.01 مرة معدل الحمل الشعاعي الديناميكي لمحمل الكرة. هذا مهم بشكل خاص عندما يقترب المحمل من 70٪ من التصنيف الموصى به.
إن معرفة نطاق درجة الحرارة المحيطة ونطاق درجة حرارة التشغيل العادية سيساعد في تحديد الطريقة الأكثر فعالية لتزييت المحمل: الزيت أو الشحوم، ونطاق درجة حرارة التشغيل العادي للمحركات ذات التروس بشكل عام هو -25 إلى 40 درجة مئوية. تتمتع الشحوم الاصطناعية بأداء جيد على نطاق واسع من درجات الحرارة وتسمح الشحوم بسهولة الصيانة والتنظيف وتقليل الانسكاب والحماية من التلوث.
—— استخدام آلات موازنة عالية الجودة، والموازنة وفقًا للمعايير العالية وسرعات تشغيل المحرك
تنشأ الضوضاء والاهتزازات عندما لا يتواجد مركز العمود مع محور الدوران. التوازن له تأثير محدود على الكفاءة، ولكنه يؤثر على ضوضاء التشغيل والعمر المتوقع، وهو أمر مهم أيضًا لتعظيم استخدام الموارد.
عادة ما يتم أخذ قراءات اهتزاز المحامل في ثلاث مستويات: الرأسي والأفقي والمحوري. قد يشير الاهتزاز الرأسي إلى مشكلة في التركيب، وقد يشير الاهتزاز الأفقي إلى مشكلة في التوازن، وقد يشير الاهتزاز المحوري إلى مشكلة في المحمل.
يعد التوازن عند سرعات التشغيل أمرًا مهمًا لأن قوى الجذب المركزي في المحامل يمكن أن تسبب أيضًا عدم التوازن.
—— التصميم الأمثل لتصفيحات الدوار التي تعرض المجال المغناطيسي الجيبي
تتميز المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم عالي الأداء بتوزيع التدفق الجيبي والقوة الدافعة الكهربائية. بالنسبة للملفات الموزعة، تكون ملفات الجزء الثابت عادة هي نفس ملفات المحرك غير المتزامن، مما يقلل من الاهتزاز والضوضاء وتكاليف الصيانة ويحسن الأداء العام.
—— اختيار مغناطيسات الأرض النادرة مقابل مغناطيس الفريت (السيراميك).
يتم استخدام النيوديميوم أو الأتربة النادرة أو مغناطيس كوبالت السماريوم أو مغناطيس الفريت (السيراميك) في المحركات. المغناطيسات الأرضية النادرة أقوى مرتين إلى ثلاث مرات من المغناطيس الدائم من الفريت أو السيراميك ولكنها أكثر تكلفة.
يعتبر مغناطيس كوبالت السماريوم هو الخيار الأفضل لتطبيقات درجات الحرارة العالية بسبب كثافته العالية للطاقة، ومقاومته لدرجة الحرارة من 250 إلى 550 درجة مئوية، وانخفاض طفيف في المعلمات بسبب زيادة درجة الحرارة، وحماية الأكسدة، واختيار كوبالت السماريوم أو النيوديميوم كمغناطيس. مغناطيس المحرك هو تلبية متطلبات درجة حرارة العمل ومقاومة التآكل.
قد تبدأ مغناطيسات النيوديميوم منخفضة الجودة في فقدان "قوتها" إذا تم تسخينها فوق 80 درجة مئوية، وتعمل مغناطيسات النيوديميوم عالية الجودة عند درجات حرارة أقل من 220 درجة مئوية. يتم قبول مغناطيس الفريت أو السيراميك على نطاق واسع نظرًا لمقاومته الكهربائية القوية، وإزالة المغناطيسية الجيدة، ومقاومة التآكل العالية، والتكلفة المنخفضة.
يحدث فقدان المغناطيسي عند التشغيل عند درجات حرارة أعلى من 250 درجة مئوية، ولكنه يعود عندما يتم تبريد المغناطيس إلى درجة حرارة أقل. ما لم تكن الدائرة مصممة للظروف القاسية، فإن درجة الحرارة المنخفضة البالغة -40 درجة مئوية قد تتسبب في فقدان دائم لقوة المغناطيس الدائم.
—— المحرك يحتاج إلى العاكس
وحدة المحرك العاكس لا تفقد أي خسارة في حالة التشغيل/التوقف بدون تحميل، ومن المتوقع توفير الطاقة بنسبة تصل إلى 30% عن طريق استبدال محركات الأقراص ثلاثية الطور الحالية التي يتم تغذيتها بالخط. إن خصائص وحدة القيادة تجعلها مثالية لقيادة المضخات والمراوح في التشغيل المستمر. ليست هناك حاجة إلى مكونات إضافية مثل أجهزة التشفير. تتيح المساحة التي تصل إلى 25% تصميمًا أكثر إحكاما للآلة. يتم التحكم في المحركات بشكل جيد ويتم دمجها مع وحدة تحكم في القيادة بدون مستشعر، فهي توفر أداءً ممتازًا في العالم الحقيقي حتى عند السرعات المنخفضة، مع ديناميكيات مثيرة للإعجاب تحت الأحمال النبضية وتغييرات السرعة.
—— اختر عاكسًا يمكنه توفير التشغيل بدون مستشعر
يمكن لمحرك الأقراص "الاكتشاف الذاتي" وتتبع موضع المغناطيس الدائم للدوار. يعد هذا أمرًا ضروريًا لبدء تشغيل المحرك بسلاسة، مع السماح أيضًا بإنتاج عزم الدوران الأمثل وبالتالي تحقيق الكفاءة المثلى.
يؤدي غياب أجهزة استشعار الموضع أو السرعة إلى تقليل التكلفة وزيادة موثوقية نظام القيادة. مع استمرار زيادة الكفاءة، يصبح من المهم بشكل متزايد برمجة إعدادات وحدة التحكم لمحرك معين لتحقيق الكفاءة المثلى.
ENNENG مكرسة للبحث والتطوير لمختلف المحركات المغناطيسية الدائمة ذات الجهد العالي والمنخفض والسرعة المنخفضة والعزم العالي، ومحركات المغناطيس الدائم ذات السرعة الثابتة، ومحركات المغناطيس الدائم الخاصة ذات الدفع المباشر.
يتم استخدام محركات المغناطيس الدائم ENNENG على نطاق واسع في الشركات الصينية الشهيرة في مجالات مختلفة بما في ذلك مناجم الذهب ومناجم الفحم ومصانع الإطارات وآبار النفط ومحطات معالجة المياه وقد استفادت العملاء من توفير الطاقة وكذلك حماية البيئة.
