Основната движечка сила што ја води ерата на висока ефикасност и заштеда на енергија

Поттикнати од двојните сили на современиот индустриски систем и новата енергетска револуција, моторите, како основни уреди за конверзија на енергијата, минуваат низ технолошка итерација од традиционални електромагнетни во типови на постојани магнети.Мотори со постојан магнет, со нивните извонредни предности за висока ефикасност, минијатуризација и ниска загуба, станаа „моќното срце“ во областите како што се возилата со нова енергија, индустриската автоматизација, паметните домови и воздушната, длабоко менувајќи го начинот на кој енергијата се користи во човечкото производство и живот.

I. Основен принцип на мотори со постојан магнет: енергетска револуција поттикната од магнетни полиња

Суштината на моторите со постојан магнет е да се користи постојаното магнетно поле генерирано од постојани магнетни материјали (како неодимиум железен бор, самариум кобалт итн.) за да се заменат намотките за возбудување кај традиционалните мотори и да се постигне ефикасна конверзија на електричната енергија и механичката енергија преку електромагнетна индукција. Нејзиниот принцип на работа може да се сумира како „интеракција на магнетно поле“: откако наизменична струја ќе помине низ намотката на статорот, се генерира ротирачко магнетно поле. Ова магнетно поле е во интеракција со постојаното магнетно поле на постојаните магнети на роторот, генерирајќи електромагнетен вртежен момент за да го поттикне роторот да ротира, а потоа да го поттикне надворешното оптоварување да работи.

Во споредба со традиционалните возбудувачки мотори, моторите со постојан магнет ги елиминираат намотките на возбудувањето, лизгачките прстени, четките и другите компоненти, постигнувајќи два големи откритија во структурата: Прво, тие ги елиминираат загубите при возбудување (кои сочинуваат околу 10%-20% од вкупните загуби на моторот), значително ја подобруваат ефикасноста на конверзија на енергијата; Второ, ја поедноставува структурата на моторот, ја намалува стапката на дефект и го продолжува работниот век. Земете ги како пример погонските мотори на возилата со нова енергија. Ефикасноста на синхроните мотори со постојан магнет генерално може да достигне 90% до 97%, што е многу повисока од 85% до 90% кај традиционалните асинхрони мотори. Ова е, исто така, основната причина зошто тие станаа главно решение за возење.

II. Технички предности: Четири димензии на преобликување на перформансите на моторот

Широката примена намотори со постојан магнетпроизлегува од нивните сеопфатни откритија во перформансите, големината, потрошувачката на енергија и доверливоста, кои можат конкретно да се сумираат во четири основни предности:

1. Висока ефикасност и заштеда на енергија: Карактеристика за ниски загуби при сите работни услови

Моторите со постојан магнет можат да одржуваат висока ефикасност во широк опсег на ротациони брзини, особено во услови на делумно оптоварување (како што се возилата со нова енергија во градскиот сообраќај), каде што нивната предност во ефикасноста е уште поизразена. Земајќи го како пример трифазниот асинхрон мотор кој вообичаено се користи во индустриското поле, при иста моќност, загубата без оптоварување на моторот со постојан магнет може да се намали за повеќе од 50%, а оперативната загуба може да се намали за 20% до 30%. Долготрајната употреба може да заштеди голема количина електрична енергија. Според Меѓународната агенција за енергија, доколку сите индустриски мотори ширум светот се заменат со мотори со висока ефикасност со постојан магнет, приближно 120 милиони тони емисии на јаглерод диоксид би можеле да се намалат годишно.

2. Компактен и лесен: структурен дизајн кој ги пробива просторните ограничувања

Поради тоа што густината на магнетниот тек на постојаните магнетни материјали е многу повисока од онаа на традиционалните намотки за возбудување, волуменот и тежината на моторите со постојан магнет може да се намалат за 30% до 50% со иста моќност. Оваа предност е особено клучна во областите како што се воздушната и медицинските уреди кои се чувствителни на просторот и тежината. На пример, погонските мотори со постојан магнет што се користат во беспилотните летала тежат само половина од традиционалните мотори, но сепак можат да понудат поголема густина на моќност, што значително ја подобрува нивната издржливост.

3. Низок шум и висока доверливост: Оперативната предност на намалување на трошоците за одржување

Моторите со постојан магнет немаат делови што лесно се носат како што се четки и прстени за лизгање. Нивната структура на роторот е едноставна. За време на работата, тие имаат ниски вибрации и бучава (обично под 60 децибели), а стапката на дефект е многу помала од онаа на традиционалните мотори. Во индустриските производствени линии, средното време помеѓу дефектите (MTBF) на моторите со постојан магнет може да достигне над 100.000 часа, што е 2 до 3 пати повеќе од традиционалните мотори, што значително ги намалува трошоците за одржување на опремата и загубите во застојот.

4. Широк опсег на регулирање на брзината: Контрола на флексибилност прилагодена на повеќе сценарија

Со помош на векторска контрола, регулација на брзината со променлива фреквенција и други технологии, моторите со постојан магнет можат да постигнат регулација на брзина со широк опсег од 0 до 10.000 вртежи во минута, со точност на регулација на голема брзина (грешка помала од 0,5%) и брза брзина на одговор (ниво на милисекунда). Оваа карактеристика му овозможува да ги задоволи барањата на различни сценарија: кај возилата со нови енергија, може да постигне беспрекорно префрлување помеѓу стартување со висок вртежен момент со мала брзина и ефикасно крстарење со голема брзина. Во прецизните машински алати, може да обезбеди стабилна работа со мала брзина за да се обезбеди прецизност на обработката.

III. Полиња на примена: Трансформација на моќност која продира низ целиот индустриски синџир

Од индустриското производство до секојдневниот живот, од копнениот транспорт до воздушната, моторите со постојан магнет станаа основна движечка сила за технолошки надградби во различни области. Нивните главни сценарија за примена вклучуваат:

1. Нови енергетски возила: мејнстрим избор за погонски системи

Во моментов, над 90% од чисто електрични возила и хибридни возила ширум светот користат синхрони мотори со постојан магнет како погонски мотори. На пример, главните модели како што се Tesla Model 3 и BYD Han се опремени со мотори со постојан магнет со високи перформанси, кои не само што обезбедуваат силна моќност (со забрзување од 0-100 km/h за 2,1 секунди), туку и постигнуваат ниска потрошувачка на енергија (со минимална потрошувачка на енергија од само 11,9 KWH), олеснувајќи ја ниската трансформација на автомобилската индустрија на 10 km.

2. Индустриска автоматизација: Клучна опрема за подобрување на ефикасноста на производството

Во индустриското поле, моторите со постојан магнет се широко користени во машински алати, роботи, вентилатори, пумпи за вода и друга опрема. Земете ги како пример индустриските роботи. Серво-моторите со постојан магнет што се користат на спојниците можат да постигнат високопрецизно позиционирање (со повторувачка точност на позиционирање од ± 0,001 mm) и брз одговор, овозможувајќи им на роботите да завршат сложено склопување, заварување и други задачи и значително подобрување на ефикасноста на производството. Покрај тоа, вентилаторите и пумпите управувани од мотори со постојан магнет можат да заштедат од 20% до 40% од енергијата во споредба со традиционалните мотори, заштедувајќи огромна сума на такси за електрична енергија за индустриските претпријатија секоја година.

3. Паметен дом и потрошувачка електроника: основни компоненти за оптимизирање на корисничкото искуство

Во секојдневниот живот, моторите со постојан магнет навлегоа во полиња како што се апарати за домаќинство и дигитални производи. На пример, DC моторот со постојан магнет усвоен во паметните машини за перење може да постигне регулација на брзината без чекори, што резултира со порамномерно перење и помал шум. Вентилаторот за ладење на лаптоп компјутерот усвојува мотор со микро постојан магнет, кој е со големина на паричка, но може да обезбеди ефикасен ефект на ладење и да обезбеди стабилна работа на уредот.

4. Воздухопловна и национална одбрана: техничка поддршка за пробивање низ екстремни средини

Во воздушната област, моторите со постојан магнет се широко користени во контролата на ставот на сателитот, погонот на беспилотни летала (UAV), системите за наведување ракети итн., поради нивната висока доверливост и способност да издржат екстремни средини (работат во температурен опсег од -60 ℃ до 200 ℃). На пример, моторот со постојан магнет што го носи кинеската лунарна сонда Chang 'e-5 работи стабилно во околината со екстремни температурни разлики на Месечината, обезбедувајќи клучна поддршка за енергија за мисијата за враќање на примерокот.

Ив. Развојни предизвици и идни трендови: технолошки откритија кон повисоки перформанси

Иако моторите со постојан магнет постигнаа извонреден успех, тие сè уште се соочуваат со некои предизвици во нивниот развојен процес: Прво, материјалите со постојан магнет се потпираат на увоз. Над 90% од светските материјали со постојани магнети од неодимиумско железо бор со високи перформанси се произведуваат во Кина, но недостигот и ценовните флуктуации на ресурсите на ретки земји може да влијаат на стабилноста на индустријата. Второ, стабилноста на висока температура е недоволна. Традиционалните трајни магнетни материјали од неодимиумско железо бор се склони кон демагнетизација на високи температури, што ја ограничува нивната примена во сценарија со висока температура како што се аеро-моторите и нуклеарната индустрија. Трето, цената е релативно висока. Цената на постојаните магнетни материјали со високи перформанси е 5 до 10 пати поголема од онаа на традиционалните електромагнетни материјали, што ги зголемува трошоците за производство на моторите.

Како одговор на овие предизвици, идниот развој на мотори со постојан магнет ќе се пробие во три главни насоки:

1. Истражување и развој на нови постојани магнетни материјали: Пробивање на ограничувањата на ресурсите и перформансите

Истражувачките институции активно развиваат постојани магнетни материјали без ретки земји (како што се трајни магнетни материјали од железо-азот и железо-кобалт) и постојани магнетни материјали отпорни на високи температури (како што се подобрени верзии на постојани магнетни материјали од самариум кобалт) за да се намали зависноста од ресурсите на ретка земја и да се подобри стабилноста на моторите во екстремни средини. На пример, постојаниот магнетен материјал со железо-азот развиен од Министерството за енергетика на САД има магнетни својства блиски до оние на неодимиумскиот железен бор и не содржи елементи од ретки земји, што може да ги намали трошоците за повеќе од 40%.

2. Интелигенција и интеграција: Подобрете ги перформансите на моторните системи

Во иднина, моторите со постојан магнет ќе бидат длабоко интегрирани со технологиите на Интернет на нештата и вештачката интелигенција за да се постигне интелигентно следење и адаптивна регулација. На пример, индустриските мотори може да се следат во реално време за нивниот работен статус преку сензори и да се комбинираат со алгоритми за вештачка интелигенција за да се оптимизираат стратегиите за регулирање на брзината, дополнително намалувајќи ја потрошувачката на енергија. Во меѓувреме, интегрираниот дизајн на мотори со контролери и редуктори (како што е „мулти-во-едно“ електричен погонски систем кај возилата со нова енергија) значително ќе ги намали волуменот и тежината и ќе ја подобри ефикасноста на системот.

3. Зелено производство и рециклирање: Градење на одржлив индустриски синџир

За да се постигне развој со ниска содржина на јаглерод, моторната индустрија со постојан магнет ќе промовира примена на зелени производствени технологии, како што се обложување без растворувачи и процеси на синтерување со ниски температури, за да се намали загадувањето за време на производниот процес. Во меѓувреме, треба да се воспостави систем за рециклирање на постојани магнетни материјали. Преку технологии како што се расклопување и прочистување, може да се постигне рециклирање на ресурсите на ретки земји, намалувајќи ја зависноста од примарните ресурси.

Заклучок

Од моќта на пареа на Индустриската револуција до електромагнетните мотори на електричната ера и сега до моторите со постојан магнет, стремежот на човештвото за ефикасна моќ никогаш не престана. Како една од основните технологии на новата енергетска револуција и Индустрија 4.0, моторите со постојан магнет не се само клуч за подобрување на ефикасноста на искористувањето на енергијата и промовирање на развој со ниска содржина на јаглерод, туку и важна поддршка за постигнување на висококвалитетно производство и пробивање на технолошките блокади. Со континуираните откритија во новите материјали и интелигентните технологии, моторите со постојан магнет ќе создадат вредност на повеќе полиња и ќе внесат континуиран прилив на „зелена моќ“ во одржливиот развој на човечкото општество.