W porównaniu z silnikami asynchronicznymi, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi mają zalety wysokiego współczynnika mocy, wysokiej sprawności, mierzalnych parametrów wirnika, dużej szczeliny powietrznej między stojanem a wirnikiem, dobrych parametrów sterowania, małych rozmiarów, niskiej wagi, prostej konstrukcji, wysokiego stosunku momentu obrotowego do bezwładności itp. Są one coraz szerzej stosowane w przemyśle naftowym, chemicznym, tekstylnym, górniczym, obrabiarkach CNC, robotach itp. i rozwijają się w kierunku dużej mocy (dużej prędkości, wysokiego momentu obrotowego), wysokiej funkcjonalności i miniaturyzacji.
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi składają się ze stojanów i wirników. Stojan jest taki sam jak w silnikach asynchronicznych i składa się z uzwojeń trójfazowych oraz rdzeni stojana. Wstępnie namagnesowane (namagnesowane) magnesy trwałe są zamontowane na wirniku, a pole magnetyczne może być wytwarzane w otaczającej przestrzeni bez udziału energii zewnętrznej, co upraszcza konstrukcję silnika i oszczędza energię. Niniejszy artykuł wyjaśnia kompleksowe korzyści płynące z promowania silników synchronicznych z magnesami trwałymi, opierając się na ich charakterystyce.
1. Wyjątkowe zalety silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
(1) Ponieważ wirnik wykonany jest z magnesów trwałych, gęstość strumienia magnetycznego jest wysoka, nie jest wymagany prąd wzbudzenia, a straty wzbudzenia są wyeliminowane. W porównaniu z silnikami asynchronicznymi, prąd wzbudzenia uzwojenia stojana oraz straty miedzi i żelaza w wirniku są zmniejszone, a prąd bierny jest znacznie zredukowany. Ponieważ potencjały magnetyczne stojana i wirnika są zsynchronizowane, rdzeń wirnika nie wykazuje strat falowych w żelazie, dzięki czemu sprawność (odniesiona do mocy czynnej) i współczynnik mocy (odniesiony do mocy biernej) są wyższe niż w silnikach asynchronicznych. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są zazwyczaj projektowane tak, aby charakteryzowały się wysokim współczynnikiem mocy i sprawnością nawet przy niewielkim obciążeniu.
Gdy obciążenie zwykłych silników asynchronicznych wynosi mniej niż 50%, ich sprawność robocza i współczynnik mocy znacząco spadają. Gdy obciążenie silników synchronicznych z magnesami trwałymi Mingteng wynosi 25–120%, ich sprawność robocza i współczynnik mocy nie zmieniają się znacząco, a sprawność robocza wynosi >90%, a współczynnik mocy >0,85. Efekt oszczędności energii jest znaczący przy małym, zmiennym i pełnym obciążeniu.
(2) Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi charakteryzują się stosunkowo sztywnymi właściwościami mechanicznymi i są bardziej odporne na zaburzenia momentu obrotowego silnika spowodowane zmianami obciążenia. Rdzeń wirnika silnika synchronicznego z magnesami trwałymi można wykonać w formie pustej struktury, aby zmniejszyć bezwładność wirnika, a czas rozruchu i hamowania jest znacznie krótszy niż w przypadku silnika asynchronicznego. Wysoki stosunek momentu obrotowego do bezwładności sprawia, że silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są bardziej odpowiednie do pracy w warunkach szybkiej reakcji niż silniki asynchroniczne.
(3) Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są znacznie mniejsze niż silniki asynchroniczne, a ich masa jest również stosunkowo mniejsza. Przy tych samych warunkach odprowadzania ciepła i materiałach izolacyjnych, gęstość mocy silników synchronicznych z magnesami trwałymi jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku trójfazowych silników asynchronicznych.
(4) Konstrukcja wirnika została znacznie uproszczona, co ułatwia konserwację i poprawia stabilność pracy.
Ponieważ trójfazowe silniki asynchroniczne muszą być projektowane z wyższym współczynnikiem mocy, szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem musi być bardzo mała. Jednocześnie równomierność szczeliny powietrznej ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznej pracy i redukcji hałasu silnika spowodowanego wibracjami. W związku z tym wymagania dotyczące tolerancji kształtu i położenia oraz współosiowości montażu silnika asynchronicznego są stosunkowo surowe, a swoboda w doborze luzu łożyskowego jest stosunkowo niewielka. Silniki asynchroniczne o większej podstawie zazwyczaj wykorzystują łożyska smarowane w kąpieli olejowej, które muszą być wypełnione olejem smarnym w określonym czasie pracy. Wyciek oleju lub nieterminowe napełnienie wnęki olejowej przyspieszy awarię łożyska. W konserwacji trójfazowych silników asynchronicznych konserwacja łożysk stanowi istotną część. Ponadto, ze względu na występowanie prądu indukowanego w wirniku trójfazowego silnika asynchronicznego, problem korozji elektrycznej łożysk jest w ostatnich latach przedmiotem zainteresowania wielu badaczy.
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi nie mają takich problemów. Ze względu na dużą szczelinę powietrzną silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, powyższe problemy spowodowane małą szczeliną powietrzną silnika asynchronicznego nie są widoczne w przypadku silnika synchronicznego. Jednocześnie łożyska silnika synchronicznego z magnesami trwałymi są smarowane smarem stałym i wyposażone w osłony przeciwpyłowe. Łożyska są fabrycznie uszczelniane odpowiednią ilością wysokiej jakości smaru. Żywotność łożysk silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest znacznie dłuższa niż w przypadku silnika asynchronicznego.
Aby zapobiec korozji łożysk spowodowanej przez prąd wału, silnik z magnesami trwałymi Anhui Mingteng wykorzystuje konstrukcję izolacyjną zespołu łożysk na końcu wału, co pozwala uzyskać efekt izolacji łożyska, a jednocześnie jest znacznie tańsze niż izolacja łożyska. Aby zapewnić normalną żywotność łożyska silnika, wirnik wszystkich synchronicznych silników z magnesami trwałymi z napędem bezpośrednim Anhui Mingteng posiada specjalną konstrukcję wsporczą, a wymiana łożysk na miejscu przebiega tak samo, jak w przypadku silników asynchronicznych. Późniejsza wymiana i konserwacja łożysk pozwala zaoszczędzić koszty logistyczne, skrócić czas konserwacji i lepiej zagwarantować niezawodność produkcji.
2. Typowe zastosowania silników synchronicznych z magnesami trwałymi zastępujących silniki asynchroniczne
2.1 Wysokonapięciowy, ultrawydajny, trójfazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o zmiennej częstotliwości i regulacji prędkości do młyna pionowego w przemyśle cementowym
Weźmy na przykład ultrawydajny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi TYPKK1000-6 o mocy 5300 kW i napięciu 10 kV, który jest zamiennikiem silnika asynchronicznego. Ten produkt jest pierwszym krajowym silnikiem wysokonapięciowym z magnesami trwałymi o mocy powyżej 5 MW do transformacji młynów pionowych, dostarczonym przez Anhui Mingteng dla firmy z branży materiałów budowlanych w 2021 roku. W porównaniu z oryginalnym systemem silnika asynchronicznego, wskaźnik oszczędności energii sięga 8%, a wzrost produkcji może osiągnąć 10%. Średnie obciążenie wynosi 80%, sprawność silnika z magnesami trwałymi wynosi 97,9%, a roczny koszt oszczędności energii wynosi: (18,7097 mln juanów ÷ 0,92) × 8% = 1,6269 mln juanów; Koszt oszczędności energii w ciągu 15 lat wynosi: (18,7097 mln juanów ÷ 0,92) × 8% × 15 lat = 24,4040 mln juanów; inwestycja zastępcza zwraca się w ciągu 15 miesięcy, a zwrot z inwestycji uzyskuje się przez 14 kolejnych lat.
Anhui Mingteng dostarczyło kompletny zestaw urządzeń do pionowej transformacji młyna dla firmy produkującej materiały budowlane w Shandong (TYPKK1000-6 5300 kW 10 kV)
2.2 Niskonapięciowy, samoczynnie uruchamiany, trójfazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o bardzo wysokiej sprawności do mieszalników w przemyśle chemicznym
Weźmy za przykład ultrawydajny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi TYCX315L1-4 o mocy 160 kW i napięciu 380 V, który zastępuje silnik asynchroniczny. Produkt ten został dostarczony przez Anhui Mingteng w 2015 roku do silników mikserów i kruszarek w przemyśle chemicznym. Silnik TYCX315L1-4 o mocy 160 kW i napięciu 380 V nadaje się do pracy w warunkach mieszalników. Obliczając zużycie energii na tonę w jednostce czasu, użytkownik obliczył, że silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o mocy 160 kW oszczędza o 11,5% więcej energii elektrycznej niż oryginalny silnik asynchroniczny o tej samej mocy. Po dziewięciu latach użytkowania użytkownicy są bardzo zadowoleni ze wskaźnika oszczędności energii, wzrostu temperatury, hałasu, prądu i innych wskaźników silnika synchronicznego z magnesami trwałymi Mingteng w rzeczywistych warunkach pracy.
Anhui Mingteng zapewnił wsparcie w zakresie modyfikacji miksera dla firmy chemicznej w Guizhou (TYCX315L1-4 160 kW 380 V)
3. Kwestie, które interesują użytkowników
3.1 Żywotność silnika Żywotność całego silnika zależy od żywotności łożyska. Obudowa silnika przyjmuje poziom ochrony IP54, który w szczególnych okolicznościach może być zwiększony do IP65, spełniając wymagania użytkowe w większości zapylonych i wilgotnych środowisk. Pod warunkiem zapewnienia dobrej współosiowości montażu przedłużenia wału silnika i odpowiedniego obciążenia promieniowego wału, minimalna żywotność łożyska silnika wynosi ponad 20 000 godzin. Drugą jest żywotność wentylatora chłodzącego, która jest dłuższa niż żywotność silnika zasilanego kondensatorem. Podczas długotrwałej pracy w zapylonym i wilgotnym środowisku konieczne jest regularne usuwanie lepkich substancji przyczepionych do wentylatora, aby zapobiec spaleniu wentylatora z powodu przeciążenia.
3.2 Awarie i ochrona materiałów z magnesami trwałymi
Znaczenie materiałów z magnesami trwałymi w silnikach z magnesami trwałymi jest oczywiste, a ich koszt stanowi ponad 1/4 kosztów materiałowych całego silnika. Materiały z magnesami trwałymi stosowane w wirnikach silników z magnesami trwałymi firmy Anhui Mingteng wykorzystują spiek NdFeB o wysokiej energii magnetycznej i koercji własnej, a konwencjonalne gatunki obejmują N38SH, N38UH, N40UH, N42UH itp. Firma zaprojektowała profesjonalne narzędzia i uchwyty prowadzące do montażu stali magnetycznej, a także przeprowadziła jakościową analizę polaryzacji montowanej stali magnetycznej za pomocą odpowiednich metod, tak aby względna wartość strumienia magnetycznego każdej szczeliny stali magnetycznej była zbliżona, co zapewnia symetrię obwodu magnetycznego i jakość montażu stali magnetycznej.
Obecne materiały z magnesami trwałymi mogą pracować przez długi czas w warunkach maksymalnego dopuszczalnego wzrostu temperatury uzwojenia silnika, a naturalny współczynnik rozmagnesowania stali magnetycznej nie przekracza 1‰. Konwencjonalne materiały z magnesami trwałymi wymagają, aby powłoka powierzchniowa wytrzymała test w mgle solnej trwający ponad 24 godziny. W środowiskach narażonych na silną korozję oksydacyjną użytkownicy powinni skontaktować się z producentem, aby wybrać materiały z magnesami trwałymi o wyższej technologii ochrony.
4. Jak wybrać silnik z magnesami trwałymi w celu zastąpienia silnika asynchronicznego
4.1 Określ rodzaj obciążenia
Różne obciążenia, takie jak młyny kulowe, pompy wodne i wentylatory, mają różne wymagania dotyczące wydajności silników, dlatego rodzaj obciążenia ma duże znaczenie przy projektowaniu lub doborze.
4.2 Określ stan obciążenia silnika podczas normalnej pracy
Czy silnik pracuje nieprzerwanie z pełnym, czy z małym obciążeniem? A może czasami jest to duże, a czasami lekkie obciążenie? I jak długi jest cykl zmiany obciążenia lekkiego i ciężkiego?
4.3 Określ wpływ innych stanów obciążenia na silnik
Istnieje wiele szczególnych przypadków obciążenia silnika na miejscu. Na przykład, obciążenie przenośnika taśmowego musi przenosić siłę promieniową, a silnik może wymagać zmiany łożysk kulkowych na wałeczkowe; w przypadku dużej ilości pyłu lub oleju należy poprawić poziom ochrony silnika.
4.4 Temperatura otoczenia
Podczas doboru silnika musimy skupić się na temperaturze otoczenia w miejscu instalacji. Nasze silniki konwencjonalne są projektowane do pracy w temperaturze otoczenia 0–40°C lub niższej, ale często spotykamy się z sytuacjami, w których temperatura otoczenia przekracza 40°C. W takiej sytuacji musimy wybrać silnik o większej mocy lub silnik specjalnie zaprojektowany.
4.5 Sposób montażu na miejscu, wymiary montażowe silnika
Metoda instalacji na miejscu, wymiary montażowe silnika, metoda instalacji na miejscu i wymiary instalacyjne to również dane, które należy uzyskać z oryginalnego rysunku technicznego silnika lub z wymiarów interfejsu instalacyjnego, wymiarów fundamentu i lokalizacji miejsca montażu silnika. W przypadku ograniczeń przestrzennych na miejscu może być konieczna zmiana metody chłodzenia silnika, lokalizacji skrzynki przyłączeniowej silnika itp.
4.6 Inne czynniki środowiskowe
Na wybór silnika ma wpływ wiele innych czynników środowiskowych, np. zanieczyszczenie pyłem lub olejem, które wpływa na poziom ochrony silnika. Przykładowo, w środowisku morskim lub środowisku o wysokim pH silnik musi być zaprojektowany z myślą o ochronie przed korozją. W środowiskach o dużych wibracjach i na dużych wysokościach należy brać pod uwagę inne kwestie konstrukcyjne.
4.7 Badanie oryginalnych parametrów i warunków pracy silników asynchronicznych
(1) Dane tabliczki znamionowej: napięcie znamionowe, prędkość znamionowa, prąd znamionowy, współczynnik mocy znamionowej, sprawność, model i inne parametry
(2) Sposób instalacji: należy uzyskać oryginalny rysunek przedstawiający wygląd silnika, zdjęcia instalacji na miejscu itp.
(3) Rzeczywiste parametry pracy oryginalnego silnika: prąd, moc, współczynnik mocy, temperatura itp.
Wniosek
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są szczególnie odpowiednie do zastosowań wymagających ciężkiego rozruchu i lekkiej pracy. Promocja i stosowanie silników synchronicznych z magnesami trwałymi przynosi korzyści ekonomiczne i społeczne oraz ma ogromne znaczenie dla oszczędzania energii i redukcji emisji. Pod względem niezawodności i stabilności silniki synchroniczne z magnesami trwałymi oferują również cenne zalety. Wybór wysokosprawnych silników synchronicznych z magnesami trwałymi to jednorazowa inwestycja z długoterminowymi korzyściami.
Firma Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) od 17 lat koncentruje się na badaniach, rozwoju, produkcji i sprzedaży ultrawydajnych silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Jej produkty obejmują pełną gamę silników wysokiego i niskiego napięcia, o stałej i zmiennej częstotliwości, konwencjonalnych, przeciwwybuchowych, z napędem bezpośrednim, walców elektrycznych oraz maszyn typu „wszystko w jednym”, dążąc do zapewnienia bardziej wydajnej siły napędowej dla urządzeń przemysłowych.
Silniki z magnesami trwałymi firmy Anhui Mingteng mają takie same wymiary zewnętrzne, jak obecnie powszechnie stosowane silniki asynchroniczne i mogą w pełni zastąpić silniki asynchroniczne. Dodatkowo, nasz zespół techniczny zajmuje się projektowaniem i dostarczaniem klientom bezpłatnych rozwiązań w zakresie transformacji. Jeśli potrzebujesz transformacji silników asynchronicznych, skontaktuj się z nami, a z przyjemnością Ci pomożemy!
Czas publikacji: 23-08-2024