Em comparação com os motores de excitação elétrica tradicionais, os motores de ímã permanente, especialmente os motores de ímã permanente de terras raras, têm estrutura simples e operação confiável.Pequeno volume e peso leve;Baixa perda e alta eficiência;A forma e o tamanho do motor podem ser flexíveis e diversos.Portanto, a gama de aplicações é extremamente ampla, quase todas nas áreas aeroespacial, defesa nacional, produção industrial e agrícola e vida cotidiana.As principais características e aplicações de vários motores de ímã permanente típicos são apresentadas abaixo.
1. Em comparação com os geradores tradicionais, os geradores síncronos de ímã permanente de terras raras não precisam de anéis coletores e dispositivos de escova, com estrutura simples e taxa de falha reduzida.O ímã permanente de terras raras também pode aumentar a densidade magnética do entreferro, aumentar a velocidade do motor para o valor ideal e melhorar a relação potência-massa.Geradores de ímã permanente de terras raras são quase todos usados ​​em geradores de aviação e aeroespaciais contemporâneos.Seus produtos típicos são geradores síncronos de ímã permanente de cobalto de terras raras de 150 kVA, 14 pólos, 12.000 r/min ~ 21.000 r/min e 100 kVA, 60.000 r/min, fabricados pela General Electric Company of America.O primeiro motor de ímã permanente de terras raras desenvolvido na China é um gerador de ímã permanente de 3 kW e 20.000 rpm.
Geradores de ímã permanente também são usados ​​como excitadores auxiliares para grandes turbogeradores.Na década de 1980, a China desenvolveu com sucesso a maior excitatriz auxiliar de ímã permanente de terras raras do mundo, com capacidade de 40 kVA ~ 160 kVA, e equipada com turbogeradores de 200 MW ~ 600 MW, o que melhorou muito a confiabilidade da operação da estação de energia.
Atualmente, pequenos geradores acionados por motores de combustão interna, geradores de ímã permanente para veículos e pequenos geradores eólicos de ímã permanente acionados diretamente por rodas eólicas estão gradualmente sendo popularizados.
2. Motor síncrono de ímã permanente de alta eficiência Comparado com o motor de indução, o motor síncrono de ímã permanente não precisa de corrente de excitação reativa, o que pode melhorar significativamente o fator de potência (até 1 ou mesmo capacitivo), reduzir a corrente do estator e a perda de resistência do estator, e não há perda de cobre do rotor durante a operação estável, reduzindo assim o ventilador (o motor de pequena capacidade pode até remover o ventilador) e a correspondente perda por fricção do vento.Comparado com o motor de indução da mesma especificação, a eficiência pode ser aumentada em 2 a 8 pontos percentuais.Além disso, o motor síncrono de ímã permanente pode manter alta eficiência e fator de potência na faixa de carga nominal de 25% ~ 120%, o que torna o efeito de economia de energia mais notável quando funciona sob carga leve.Geralmente, este tipo de motor é equipado com um enrolamento de partida no rotor, que tem a capacidade de partir diretamente em uma determinada frequência e tensão.Atualmente, é usado principalmente em campos de petróleo, indústrias têxteis e de fibras químicas, indústrias de cerâmica e vidro, ventiladores e bombas com longo tempo de operação anual, etc.
O motor síncrono de ímã permanente NdFeB com alta eficiência e alto torque de partida desenvolvido independentemente por nosso país pode resolver o problema da “grande carroça puxada por cavalos” em aplicações em campos petrolíferos.O torque inicial é 50% ~ 100% maior que o do motor de indução, que pode substituir o motor de indução por um número base maior, e a taxa de economia de energia é de cerca de 20%.
Na indústria têxtil, o momento de inércia da carga é grande, o que exige alto torque de tração.O projeto razoável do coeficiente de vazamento sem carga, relação de pólos salientes, resistência do rotor, tamanho do ímã permanente e voltas do enrolamento do estator do motor síncrono de ímã permanente pode melhorar o desempenho de tração do motor de ímã permanente e promover sua aplicação em novas indústrias têxteis e de fibras químicas.
Os ventiladores e bombas utilizados em centrais eléctricas de grande escala, minas, petróleo, indústrias químicas e outras indústrias são grandes consumidores de energia, mas a eficiência e o factor de potência dos motores utilizados actualmente são baixos.O uso de ímãs permanentes NdFeB não só melhora a eficiência e o fator de potência, economiza energia, mas também possui uma estrutura sem escovas, o que melhora a confiabilidade da operação.Atualmente, 1 motor síncrono de ímã permanente de 120kW é o motor de ímã permanente de terras raras de alta eficiência de partida assíncrona mais potente do mundo.Sua eficiência é superior a 96,5% (a mesma especificação de eficiência do motor é de 95%) e seu fator de potência é 0,94, que pode substituir o motor comum com 1 ~ 2 graus de potência maiores que ele.
3. O motor servo de ímã permanente CA e o motor de ímã permanente CC sem escova agora usam cada vez mais fonte de alimentação de frequência variável e motor CA para formar um sistema de controle de velocidade CA em vez do sistema de controle de velocidade do motor CC.Nos motores CA, a velocidade do motor síncrono de ímã permanente mantém uma relação constante com a frequência da fonte de alimentação durante a operação estável, de modo que pode ser usado diretamente no sistema de controle de velocidade de frequência variável em malha aberta.Este tipo de motor geralmente é acionado pelo aumento gradual da frequência do conversor de frequência.Não é necessário ajustar o enrolamento de partida no rotor, sendo a escova e o comutador omitidos, facilitando a manutenção.
O motor de ímã permanente autossíncrono é composto por um motor síncrono de ímã permanente alimentado por conversor de frequência e sistema de controle de malha fechada da posição do rotor, que não só possui excelente desempenho de regulação de velocidade do motor DC eletricamente excitado, mas também realiza sem escova.É usado principalmente em ocasiões com alta precisão e confiabilidade de controle, como aviação, aeroespacial, máquinas-ferramentas CNC, centros de usinagem, robôs, veículos elétricos, periféricos de computador, etc.
Atualmente, o motor síncrono de ímã permanente NdFeB e o sistema de acionamento com ampla faixa de velocidade e relação potência-velocidade Gao Heng foram desenvolvidos, com relação de velocidade de 1: 22.500 e velocidade limite de 9.000 r/min.As características de alta eficiência, pequena vibração, baixo ruído e alta densidade de torque do motor de ímã permanente são os motores mais ideais em veículos elétricos, máquinas-ferramentas e outros dispositivos de acionamento.
Com a melhoria contínua do padrão de vida das pessoas, as exigências em termos de eletrodomésticos estão cada vez mais elevadas.Por exemplo, o ar condicionado doméstico não é apenas um grande consumidor de energia, mas também a principal fonte de ruído.Sua tendência de desenvolvimento é usar motor DC sem escova de ímã permanente com regulação de velocidade contínua.Ele pode se ajustar automaticamente a uma velocidade adequada de acordo com a mudança da temperatura ambiente e funcionar por um longo tempo, reduzindo o ruído e a vibração, fazendo com que as pessoas se sintam mais confortáveis ​​e economizando 1/3 de eletricidade em comparação com o ar condicionado sem regulação de velocidade.Outros refrigeradores, máquinas de lavar, coletores de pó, ventiladores, etc. estão gradualmente mudando para motores CC sem escovas.
4. Motor DC de ímã permanente O motor DC adota excitação de ímã permanente, que não apenas mantém as boas características de regulação de velocidade e características mecânicas do motor DC eletricamente excitado, mas também tem as características de estrutura e tecnologia simples, pequeno volume, baixo consumo de cobre, alto eficiência, etc. porque o enrolamento de excitação e a perda de excitação são omitidos.Portanto, os motores CC de ímã permanente são amplamente utilizados, desde eletrodomésticos, dispositivos eletrônicos portáteis, ferramentas elétricas até sistemas de transmissão de velocidade e posição de precisão que exigem bom desempenho dinâmico.Entre os micro motores DC abaixo de 50 W, os motores de ímã permanente representam 92%, enquanto aqueles abaixo de 10 W respondem por mais de 99%.
Atualmente, a indústria automobilística da China está se desenvolvendo rapidamente e é a maior usuária de motores de ímã permanente, que são os principais componentes dos automóveis.Em um carro ultraluxuoso, existem mais de 70 motores com finalidades diferentes, a maioria dos quais são micromotores CC de ímã permanente de baixa tensão.Quando ímãs permanentes e engrenagens planetárias de NdFeB são usados ​​em motores de partida para automóveis e motocicletas, a qualidade dos motores de partida pode ser reduzida pela metade.
Classificação de motores de ímã permanente
Existem muitos tipos de ímãs permanentes.De acordo com a função do motor, ele pode ser dividido em duas categorias: gerador de ímã permanente e motor de ímã permanente.
Os motores de ímã permanente podem ser divididos em motores CC de ímã permanente e motores CA de ímã permanente.O motor CA de ímã permanente refere-se ao motor síncrono multifásico com rotor de ímã permanente, por isso é frequentemente chamado de motor síncrono de ímã permanente (PMSM).
Os motores CC de ímã permanente podem ser divididos em motores CC sem escova de ímã permanente e motores CC sem escova de ímã permanente (BLDCM) se forem classificados de acordo com a existência de interruptores elétricos ou comutadores.
Hoje em dia, a teoria e a tecnologia da eletrônica de potência moderna estão se desenvolvendo muito no mundo.Com o advento dos dispositivos eletrônicos de potência, como MOSFET, IGBT e MCT, os dispositivos de controle sofreram mudanças fundamentais.Desde que F. Blaceke apresentou o princípio do controle vetorial do motor CA em 1971, o desenvolvimento da tecnologia de controle vetorial iniciou uma nova era de controle de servoacionamento CA, e vários microprocessadores de alto desempenho foram continuamente eliminados, acelerando ainda mais o desenvolvimento do sistema servo AC em vez do sistema servo DC.É uma tendência inevitável que o sistema servo AC-I substitua o sistema servo DC.No entanto, o motor síncrono de ímã permanente (PMSM) com fem traseira senoidal e o motor DC sem escova (BLIX ~) com fem traseira trapezoidal certamente se tornarão a tendência principal no desenvolvimento de sistemas servo CA de alto desempenho devido ao seu excelente desempenho.