Proč se synchronní motory s permanentními magnety stávají hlavními hnacími motory?
Elektromotor dokáže přeměnit elektrickou energii na mechanickou energii a přenést ji na kola prostřednictvím převodového systému pro pohon vozidla. Je to jeden z hlavních pohonných systémů vozidel s novou energií. V současné době se běžně používanými hnacími motory v vozidlech s novou energií jsou převážně synchronní motory s permanentními magnety a asynchronní motory na střídavý proud. Většina vozidel s novou energií používá synchronní motory s permanentními magnety. Mezi reprezentativní automobilky patří BYD, Li Auto atd. Některá vozidla používají asynchronní motory na střídavý proud. Elektromotory představují automobilky jako Tesla a Mercedes-Benz.
Asynchronní motor se skládá hlavně ze stacionárního statoru a rotujícího rotoru. Když je vinutí statoru připojeno ke zdroji střídavého proudu, rotor se otáčí a vydává výkon. Hlavní princip spočívá v tom, že když je vinutí statoru pod napětím (střídavý proud), vytváří se rotující elektromagnetické pole a vinutí rotoru je uzavřený vodič, který nepřetržitě přerušuje indukční čáry statoru v rotujícím magnetickém poli statoru. Podle Faradayova zákona, když uzavřený vodič přeruší indukční čáru, generuje se proud, který generuje elektromagnetické pole. V tomto okamžiku existují dvě elektromagnetická pole: jedno je elektromagnetické pole statoru spojené s vnějším střídavým proudem a druhé je generováno přerušením indukční čáry statoru. Elektromagnetické pole rotoru. Podle Lenzova zákona bude indukovaný proud vždy odolávat příčině indukovaného proudu, tj. bude se snažit zabránit vodičům na rotoru v přerušení indukčních čar rotujícího magnetického pole statoru. Výsledkem je, že vodiče na rotoru „doženou“ vodiče na statoru. Rotující elektromagnetické pole znamená, že rotor honí rotující magnetické pole statoru a nakonec se motor začne otáčet. Během tohoto procesu jsou otáčky rotoru (n2) a statoru (n1) nesynchronizované (rozdíl v otáčkách je asi 2–6 %). Proto se nazývá asynchronní střídavý motor. Naopak, pokud jsou otáčky stejné, nazývá se synchronní motor.
Synchronní motor s permanentními magnety je také typem střídavého motoru. Jeho rotor je vyroben z oceli s permanentními magnety. Když motor běží, stator je napájen a vytváří rotující magnetické pole, které tlačí rotor k otáčení. „Synchronizace“ znamená, že rychlost otáčení rotoru během ustáleného provozu je synchronizována s rychlostí otáčení magnetického pole. Synchronní motory s permanentními magnety mají vyšší poměr výkonu k hmotnosti, jsou menší, lehčí, mají větší výstupní točivý moment a vynikající mezní rychlost a brzdný výkon. Proto se synchronní motory s permanentními magnety staly dnes nejrozšířenějším typem elektrických motorů. Pokud je však materiál permanentního magnetu vystaven vibracím, vysoké teplotě a přetížení, může se jeho magnetická permeabilita snížit nebo může dojít k demagnetizaci, což může snížit výkon motoru s permanentními magnety. Synchronní motory s permanentními magnety ze vzácných zemin navíc používají materiály vzácných zemin a výrobní náklady nejsou stabilní.
Ve srovnání se synchronními motory s permanentními magnety potřebují asynchronní motory při provozu absorbovat elektrickou energii pro buzení, což spotřebovává elektrickou energii a snižuje účinnost motoru. Motory s permanentními magnety jsou dražší kvůli přidání permanentních magnetů.
Modely, které volí asynchronní střídavé motory, obvykle upřednostňují výkon a využívají výhody výkonu a účinnosti asynchronních střídavých motorů při vysokých rychlostech. Reprezentativním modelem je raný Model S. Hlavní vlastnosti: Při jízdě vysokou rychlostí dokáže vůz udržovat vysokorychlostní provoz a efektivní využití elektrické energie, čímž snižuje spotřebu energie a zároveň si zachovává maximální výkon;
Modely, které volí synchronní motory s permanentními magnety, obvykle upřednostňují spotřebu energie a využívají výkon a efektivní provoz synchronních motorů s permanentními magnety při nízkých otáčkách, což je činí vhodnými pro malé a střední automobily. Jejich charakteristickými znaky jsou malá velikost, nízká hmotnost a prodloužená životnost baterie. Zároveň mají dobrý výkon regulace otáček a dokáží si udržet vysokou účinnost i při opakovaných rozjezdech, zastaveních, zrychlováních a zpomalování.
Dominují synchronní motory s permanentními magnety. Podle statistik z „Měsíční databáze průmyslových řetězců vozidel s novými energetickými systémy“ zveřejněné Institutem pro výzkum pokročilého průmyslu (GGII) činila domácí instalovaná kapacita pohonných motorů vozidel s novými energetickými systémy od ledna do srpna 2022 přibližně 3,478 milionu kusů, což představuje meziroční nárůst o 101 %. Z toho instalovaná kapacita synchronních motorů s permanentními magnety činila 3,329 milionu kusů, což představuje meziroční nárůst o 106 %; instalovaná kapacita asynchronních motorů na střídavý proud činila 1,295 milionu kusů, což představuje meziroční nárůst o 22 %.
Synchronní motory s permanentními magnety se staly hlavními hnacími motory na trhu s čistě elektrickými osobními automobily.
Soudě dle výběru motorů pro běžné modely v tuzemsku i zahraničí, nová energetická vozidla uvedená na trh domácími společnostmi SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors atd. používají synchronní motory s permanentními magnety. Synchronní motory s permanentními magnety se používají hlavně v Číně. Zaprvé proto, že synchronní motory s permanentními magnety mají dobrý nízkorychlostní výkon a vysokou účinnost přeměny, což je velmi vhodné pro složité pracovní podmínky s častými starty a zastavováními v městském provozu. Zadruhé, kvůli permanentním magnetům z neodymu, železa a bóru v synchronních motorech s permanentními magnety. Tyto materiály vyžadují použití zdrojů vzácných zemin a moje země má 70 % světových zdrojů vzácných zemin a celková produkce magnetických materiálů NdFeB dosahuje 80 % světové produkce, takže Čína více upřednostňuje používání synchronních motorů s permanentními magnety.
Zahraniční společnosti Tesla a BMW používají synchronní motory s permanentními magnety a asynchronní střídavé motory k vývoji společně. Z hlediska aplikační struktury jsou synchronní motory s permanentními magnety hlavní volbou pro vozidla s novými zdroji energie.
Náklady na materiály s permanentními magnety tvoří přibližně 30 % nákladů na synchronní motory s permanentními magnety. Suroviny pro výrobu synchronních motorů s permanentními magnety zahrnují především neodym-železo-bor, plechy z křemíkové oceli, měď a hliník. Materiál s permanentními magnety neodym-železo-bor se používá hlavně k výrobě rotorových permanentních magnetů a složení nákladů činí přibližně 30 %; plechy z křemíkové oceli se používají hlavně k výrobě zakázkových výrobků. Složení nákladů na jádro rotoru tvoří přibližně 20 %; složení nákladů na vinutí statoru tvoří přibližně 15 %; složení nákladů na hřídel motoru tvoří přibližně 5 %; a složení nákladů na plášť motoru tvoří přibližně 15 %.
Proč jsouŠroubový vzduchový kompresor OSG s motory s permanentními magnetyúčinnější?
Synchronní motor s permanentními magnety se skládá hlavně ze statoru, rotoru a pláště. Stejně jako běžné střídavé motory má jádro statoru laminovanou strukturu, aby se snížily ztráty železa v důsledku vířivých proudů a hysterezních účinků za chodu motoru; vinutí jsou obvykle také třífázové symetrické struktury, ale výběr parametrů je zcela odlišný. Rotorová část má různé tvary, včetně rotoru s permanentním magnetem s rozběhovou klecí nakrátko a zabudovaného nebo povrchově montovaného rotoru s čistým permanentním magnetem. Jádro rotoru může být vyrobeno z pevné struktury nebo laminováno. Rotor je vybaven materiálem z permanentního magnetu, který se běžně nazývá magnet.
Za normálního provozu motoru s permanentními magnety jsou magnetická pole rotoru a statoru v synchronním stavu. V rotorové části není indukovaný proud a nedochází ke ztrátám v mědi rotoru, hysterezi ani ztrátám vířivými proudy. Není třeba uvažovat o problému ztrát a zahřívání rotoru. Motor s permanentními magnety je obecně napájen speciálním frekvenčním měničem a má přirozeně funkci měkkého rozběhu. Motor s permanentními magnety je navíc synchronní motor, který má vlastnost regulace účiníku intenzitou buzení, takže účiník lze navrhnout na specifikovanou hodnotu.
Z hlediska spouštění je proces spouštění motoru s permanentními magnety velmi snadný, protože motor s permanentními magnety je spouštěn napájecím zdrojem s proměnnou frekvencí nebo podpůrným měničem; je podobný spouštění motoru s proměnnou frekvencí a vyhýbá se spouštěcím vadám běžných asynchronních motorů s klecí.
Stručně řečeno, účinnost a účiník motorů s permanentními magnety mohou dosáhnout velmi vysokých hodnot, konstrukce je velmi jednoduchá a trh je v posledních deseti letech velmi aktivní.
Ztráta buzení je však u motorů s permanentními magnety nevyhnutelným problémem. Pokud je proud příliš velký nebo je teplota příliš vysoká, teplota vinutí motoru se okamžitě zvýší, proud se prudce zvýší a permanentní magnety rychle ztratí buzení. V řízení motoru s permanentními magnety je nastaveno zařízení proti nadproudu, aby se zabránilo problému se spálením vinutí statoru motoru, ale výsledná ztráta buzení a vypnutí zařízení jsou nevyhnutelné.
Čas zveřejnění: 12. prosince 2023
