Двигатели на постоянных магнитах: эффективность и инновации в электромашиностроении

Что такое двигатели на постоянных магнитах. Каковы их преимущества перед обычными электродвигателями. Где применяются синхронные двигатели с постоянными магнитами. Как устроены и работают электродвигатели на постоянных магнитах.

Принцип работы и устройство двигателей на постоянных магнитах

Двигатели на постоянных магнитах представляют собой инновационный тип электрических машин, в которых для создания магнитного поля ротора используются постоянные магниты вместо электромагнитов. Это позволяет существенно упростить конструкцию, уменьшить габариты и вес двигателя, а также повысить его эффективность.

Принцип действия таких двигателей основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. Постоянные магниты, встроенные в ротор, создают неизменное магнитное поле. При подаче переменного тока на обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле. Взаимодействие этих полей приводит к вращению ротора с частотой, синхронизированной с частотой тока в статоре.

Ключевые компоненты двигателя на постоянных магнитах:

• Статор с обмотками
• Ротор с встроенными постоянными магнитами
• Подшипники
• Корпус
• Вал

Отсутствие обмоток на роторе позволяет исключить потери на нагрев, что существенно повышает КПД двигателя. Кроме того, это дает возможность уменьшить габариты ротора и всей машины в целом.

Преимущества двигателей с постоянными магнитами

Использование постоянных магнитов в конструкции электродвигателей обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными асинхронными и синхронными машинами:

1. Высокий КПД — до 93% и выше
2. Компактные размеры и малый вес
3. Высокая удельная мощность
4. Низкий уровень шума и вибраций
5. Отличные динамические характеристики
6. Широкий диапазон регулирования скорости
7. Высокая перегрузочная способность
8. Длительный срок службы

Благодаря этим преимуществам двигатели на постоянных магнитах находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности и транспорта.

Области применения синхронных двигателей с постоянными магнитами

Синхронные двигатели с постоянными магнитами используются во многих сферах, где требуется высокая эффективность, компактность и точность регулирования скорости:

• Электротранспорт (электромобили, электробусы, электровелосипеды)
• Промышленные приводы (насосы, компрессоры, вентиляторы)
• Робототехника и автоматизация
• Бытовая техника (стиральные машины, кондиционеры)
• Возобновляемая энергетика (ветрогенераторы)
• Аэрокосмическая отрасль
• Медицинское оборудование

Особенно эффективно применение таких двигателей в системах с частотным регулированием скорости, где они обеспечивают высокий КПД во всем диапазоне рабочих скоростей.

Сравнение двигателей на постоянных магнитах с асинхронными двигателями

При сравнении с традиционными асинхронными двигателями, машины на постоянных магнитах демонстрируют ряд преимуществ:

Характеристика	Двигатель на постоянных магнитах	Асинхронный двигатель
КПД	До 93% и выше	80-90%
Габариты и вес	Меньше на 20-30%	Больше
Удельная мощность	Выше	Ниже
Перегрузочная способность	Высокая	Средняя
Диапазон регулирования скорости	Широкий	Ограниченный

Основным недостатком двигателей на постоянных магнитах является их более высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящих магнитных материалов. Однако в долгосрочной перспективе эти затраты компенсируются за счет экономии электроэнергии и более длительного срока службы.

Технологии изготовления постоянных магнитов для электродвигателей

Эффективность двигателей на постоянных магнитах во многом зависит от свойств используемых магнитных материалов. Современные технологии позволяют создавать высокоэнергетические магниты с отличными магнитными характеристиками:

• Неодим-железо-бор (NdFeB) — самые мощные постоянные магниты
• Самарий-кобальт (SmCo) — высокая термостойкость
• Альнико (AlNiCo) — высокая остаточная индукция
• Ферриты — низкая стоимость

Выбор конкретного типа магнитов зависит от требований к двигателю и условий его эксплуатации. Например, для высокотемпературных применений предпочтительны магниты SmCo, а для массового производства — ферриты.

Проблемы и ограничения двигателей с постоянными магнитами

Несмотря на множество преимуществ, двигатели на постоянных магнитах имеют ряд ограничений, которые следует учитывать при их выборе:

1. Высокая стоимость магнитных материалов
2. Сложность производства и сборки
3. Риск размагничивания при перегреве
4. Необходимость использования специальных систем управления
5. Ограниченный диапазон рабочих температур

Для преодоления этих ограничений ведутся исследования новых магнитных материалов и совершенствуются технологии производства. Это позволяет постепенно расширять сферу применения двигателей на постоянных магнитах.

Перспективы развития двигателей на постоянных магнитах

Технология двигателей на постоянных магнитах продолжает активно развиваться. Основные направления исследований включают:

• Разработку новых высокоэнергетических магнитных материалов
• Оптимизацию конструкции двигателей для повышения эффективности
• Создание интегрированных систем управления
• Применение новых технологий производства (3D-печать, порошковая металлургия)
• Разработку гибридных конструкций с комбинированным возбуждением

Ожидается, что в ближайшие годы доля двигателей на постоянных магнитах на рынке электрических машин будет steadily расти, особенно в сегментах, где критически важны высокая эффективность и компактность.

В заключение можно сказать, что двигатели на постоянных магнитах представляют собой перспективную технологию, обладающую значительным потенциалом для дальнейшего совершенствования и расширения областей применения. Их использование позволяет создавать более эффективные и экологичные системы электропривода, способствуя развитию концепции устойчивого развития в промышленности и на транспорте.

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТНЫЕ МОТОРЫ с фиксированной или переменной скоростью

Электровигатели С Постоянными Магнитами: Лучшие По Эффективности И Производительности.

Двигатели с постоянными магнитами серии OMPM, разработанные и изготовленные OME Motors, являются лучшей моделью по эффективности, мощности и размерам среди доступных на рынке. Это специальные синхронные электродвигатели с магнитными стержнями, добавленными к ротору, которые увеличивают тягу и делают двигатели более эффективными с точки зрения производительности и минимум энергозатрат. Поэтому двигатели с постоянными магнитами — более мощные, чем общепромышленные низковольтные электродвигатели IE4: фактически, при той же мощности, двигатели серии OMPM имеют меньшие габариты и более высокий уровень эффективности. Кроме того, благодаря их малому весу и малому объему, синхронные двигатели с постоянными магнитами экономят пространство, компрессируя высокую мощность в уменьшенный габарит электроустройства.

Двигатели с постоянными магнитами, разработанные и изготовленные OME Motors под заказ, управляются и работают с преобразователем частоты, который гарантирует постоянный крутящий момент в широком диапазоне скоростей, работая даже на самых низких уровнях скорости с отличной эффективностью. Поэтому этот тип двигателей также можно считать электродвигателями постоянного тока с постоянными магнитами.

Высокий Уровень Эффективности И Максимальные Преимущества: Узнайте Больше Об Электродвигателях на Постоянных Магнитах.

Электродвигатели постоянного тока на постоянных магнитах способны обеспечить максимальную мощность в уменьшенном габарите. В частности, они имеют следующие преимущества:

• Высокий уровень технологий.
• Высокая мощность и эффективность с точки зрения производительности и энергопотребления (каждый электродвигатель с постоянными магнитами).
• Высокая плотность мощности для используемого габарита.
• Длительный срок службы, устойчивость и надежность с течением времени.
• Уменьшенный вес и объем для компактного дизайна.
• Всевозможные монтажные исполнения и взаимозаменяемость, гарантируемая конструкцией каждого двигателя на постоянных магнитах.
• Меньшая потеря энергии и температуры благодаря высокой эффективности электродвигателей с постоянными магнитами.
• Переменная скорость.
• Точный контроль и работа при низких температурах, также на низких скоростях.
• Низкий уровень шума.

Синхронные Двигатели С Постоянными Магнитами: Максимальная Производительность Для Каждого Типа Промышленного Применения.

Благодаря своим передовым и инновационным функциям, электродвигатели с постоянными магнитами, разработанные и изготовленные OME Motors, идеально подходят для самых разных промышленных областей применения. В целом, эти двигатели, с характеристиками высочайшего ранга и максимальной эффективностью, могут использоваться во всех промышленных применениях, которые требуют изменение скорости и постоянного крутящего момента даже на низких скоростях.

В частности, синхронные двигатели с постоянными магнитами могут использоваться на электростанциях, системах очистки, системах опреснения воды, в очистных сооружений, а также в пищевой промышленности. Эти электродвигатели эффективно работают в сочетании с насосами, компрессорами, дробилками и измельчителями, вентиляторами и воздуходувками, конвейерными лентами, системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Двигатель на постоянных магнитах и его использование

Двигатель на постоянных магнитах – это попытка уменьшить вес и габаритные размеры электрической машины, упростить ее конструкцию, повысить надежность и простоту эксплуатации. Такой двигатель позволяет и значительно увеличить КПД (коэффициент полезного действия). Наибольшего распространения он получил в качестве синхронной машины. В данном устройстве постоянные магниты предназначены и применяются для создания вращающегося магнитного поля.

В настоящее время применяют комбинированный вариант: постоянные магниты вместе с электромагнитами, по катушке которых течет постоянный электрический ток. Такое комбинированное возбуждение обеспечивает множество положительных моментов: получение требуемых регулировочных характеристик напряжения и частоты вращения при уменьшении мощности возбуждения, уменьшение объема магнитной системы (и, как следствие, себестоимости такого устройства, как комбинированный двигатель на постоянных магнитах) по сравнению с классической системой электромагнитного возбуждения синхронной машины.

На сегодняшний день использование постоянных магнитов возможно в устройствах мощностью всего в несколько киловольт-ампер. Однако сейчас разрабатываются постоянные магниты с улучшенными характеристиками, и мощность машин постепенно возрастает.

Синхронная машина как двигатель на постоянных магнитах используется в качестве непосредственно двигателя или генератора в приводах различной мощности. Такие устройства нашли применение и распространение на шахтах, металлургических заводах, тепловых станциях. Так как синхронный двигатель работает с самой разной реактивной мощностью, его применяют в холодильниках, насосах и других механизмах с неизменной скоростью работы. Электродвигатель на постоянных магнитах используют в устройствах и приборах малой мощности, где нужно строгое и точное постоянство скорости. Это автоматические самопишущие приборы, электрочасы, устройства программного управления и прочее. На станциях и подстанциях установлены специальные синхронные генераторы, вырабатывающие в режиме холостого хода только реактивную мощность. Такая мощность используется для асинхронных двигателей, а синхронные машины такого типа называют «компенсаторами».

Принцип действия такой машины, как двигатель на постоянных магнитах, и, в частности, синхронного двигателя, основан на взаимодействии магнитного поля ротора (движущейся части) и статора (неподвижной части).

Благодаря интересным и еще не до конца изученным свойствам магнитов, часто появлялись и появляются изобретения на их основе. Например, одной из самых распространенных идей является создание такого устройства как безтопливный вечный двигатель на постоянных магнитах. С точки зрения современной науки и физики вечный двигатель невозможен (он должен был бы иметь коэффициент полезного действия больше единицы, а такое считается нереальным), но изобретатели в сфере альтернативной энергетики не теряют надежду на создание и разработку такого открытия.

Двигатель с постоянными магнитами с фиксированной или переменной скоростью

Двигатель с постоянными магнитами: для максимальной эффективности и производительности.

Двигатели с постоянными магнитами серии OMPM , разработанные и произведенные OME Motors, являются лучшей моделью по эффективности, мощности и размеру среди двигателей с постоянными магнитами, доступных на рынке. Это специальные синхронные электродвигатели с добавленными к ротору магнитными стержнями, которые увеличивают тягу и делают эти устройства более эффективными с точки зрения производительности и энергосбережения. Следовательно, 9Двигатель 0003 с постоянными магнитами

даже мощнее стандартного двигателя с низким напряжением IE4: ведь при той же мощности устройства серии OMPM имеют меньшие габариты и больший КПД. Кроме того, благодаря небольшому весу и малому объему синхронные двигатели с постоянными магнитами занимают мало места и обладают большой конденсированной мощностью.

Двигатель с постоянными магнитами , разработанный и изготовленный по индивидуальному заказу компанией OME Motors управляется и управляется преобразователем частоты, который гарантирует постоянный крутящий момент в широком диапазоне скоростей, работая даже на самых низких уровнях с превосходной эффективностью. Следовательно, эти машины также могут быть определены как двигатели с постоянными магнитами .

Высокий уровень эффективности для непревзойденных преимуществ: откройте для себя особенности двигателя с постоянными магнитами

Постоянные магниты — это машины, способные вместить максимальную мощность в уменьшенном объеме. В частности, они обладают следующими преимуществами:

• Высокий уровень технологий.
• Более высокая эффективность с точки зрения производительности и энергопотребления: каждый электродвигатель с постоянными магнитами не только мощный и эффективный, но и энергосберегающий.
• Высокая плотность мощности на кадр.
• Долгий срок службы, устойчивость и надежность с течением времени.
• Уменьшенный вес и объем для компактной конструкции.
• Максимальная гибкость и взаимозаменяемость, гарантированные конструкцией каждого двигателя с постоянными магнитами.
• Меньшие потери энергии и тепла благодаря высокому КПД, гарантированному каждым синхронным двигателем с постоянными магнитами .
• Переменная скорость.
• Точное управление и работа при более низких температурах, даже на низких скоростях.
• Пониженный уровень шума

Синхронный двигатель с постоянными магнитами: максимальная производительность для любого применения

Благодаря своим передовым и инновационным характеристикам электродвигатели с постоянными магнитами , разработанные и изготовленные OME Motors, идеально подходят для самых разных областей. В общем, эти устройства могут использоваться с превосходной производительностью и максимальной эффективностью во всех тех приложениях, которые требуют изменения скорости и постоянного крутящего момента даже на низких скоростях. В частности, 9Синхронный двигатель с постоянными магнитами 0003 может использоваться внутри электростанций; системы очистки, водоподготовки и опреснения; очистных сооружениях, но и в пищевой промышленности. Они эффективно работают в сочетании с насосами, компрессорами, дробилками и измельчителями, вентиляторами и воздуходувками, конвейерными лентами, системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Электрические погружные насосы с двигателем на постоянных магнитах Borets

Двигатели с постоянными магнитами

Превосходный КПД двигателя помогает снизить затраты на электроэнергию до 20 %

Borets была первой компанией в мире, которая в 2006 году начала коммерциализировать двигатель с постоянными магнитами (PMM) для внутрискважинных приложений ESP. С тех пор Borets развернула более 14 500 PMM по всему миру, обслуживающих различные приложения ESP и PCP.

Постоянные магниты – специально спроектированные и встроенные в ротор – создают постоянное магнитное поле ротора. На создание магнитного поля ротора не расходуется электрическая мощность. В результате ротор PMM практически не испытывает электрических потерь, более эффективен и имеет более высокую удельную мощность. Это означает синхронный PMM с широким рабочим диапазоном, который потребляет меньше энергии, выделяет меньше тепла и имеет меньшую длину, чем асинхронный двигатель того же номинала.

 

   

 

Было показано, что по сравнению с асинхронным двигателем эквивалентной мощности PMM снижают энергопотребление примерно на 7–10 % в точке наилучшего КПД (BEP). Экономия энергии до 20 % и более достигается с помощью PMM, когда двигатель и система работают в частых или длительных условиях недогрузки или не на BEP.

Используя запатентованный алгоритм векторного управления, приводы Борец с регулируемой скоростью (ЧРП) контролируют и оптимизируют ток двигателя во всем диапазоне встречающихся нагрузок двигателя, постоянно минимизируя потребляемую электрическую мощность.

Целеустремленные инженерные усилия в сочетании с почти 20-летней практикой позволили создать самый большой проверенный портфель PMM, доступный в отрасли. Размеры и номинальная мощность имеющихся БДМ «Борец» приведены в таблице.

 

Серия	319	406	456	512	562
Доступные скорости (об/мин)	6000	3600, 6000	500, 3600	3600	500, 3600
Коэффициент мощности	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96
КПД двигателя	До 93%	До 93%	До 93%	До 93%	До 93%
Номинальная температура обмотки (C) [F]	200 [392]	200 [392]	200 [392]	200 [392]	200 [392]
Максимальная мощность в л. с.	150	264	400	760	980

 

Все двигатели Borets PMM представляют собой односекционные двигатели с широким диапазоном мощности в л.с., доступные для каждой серии.

Двигатели с постоянными магнитами

Применение

• Механизированная добыча с использованием
  • Электрические погружные центробежные насосы
  • Электрические погружные винтовые насосы
    

Преимущества

• Снижение эксплуатационных расходов ЭЦН за счет снижения энергопотребления
• Меньший нагрев двигателя повышает долговечность оборудования и срок службы
• Уменьшена длина строки оборудования для
  • Увеличенная глубина настройки насоса
  • Улучшенный доступ в ствол скважины за счет искривления

Характеристики

• Доступны размеры серий 319, 406, 456, 512 и 562
• Широкий диапазон рабочих скоростей:
  • Низкоскоростная ПММ: 120–1500 об/мин
  • PMM со стандартной скоростью: 500–3900 об/мин
  • Высокоскоростной БДМ: 3000–6000 об/мин
• КПД двигателя до:
  • Тихоходный ПММ – 83%
  • PMM стандартной скорости – 93%
  • Высокоскоростной ПММ – 93%
• Высокий коэффициент мощности (очень близко к 1)
• Нет проскальзывания ротора
• Конструкция подшипника с заблокированным ротором

Принцип действия ВЭД

В конструкцию ротора ВЭД встроены постоянные магниты из спеченных магнитотвердых материалов. Именно поток ротора, создаваемый этими магнитами, взаимодействует с магнитным полем статора, создавая крутящий момент двигателя. Потребляемая мощность и тепловыделение снижаются, поскольку в роторе PMM не индуцируется ток.

Преимущества PMM по сравнению с IM

Результаты полевых испытаний производительности PMM и IM, проведенных Borets, и лабораторных испытаний, проведенных пятью основными операторами, обобщены
на графике. Испытания подтвердили превосходные характеристики PMM, в том числе лучшую эффективность, более высокий коэффициент мощности и экономию энергии в среднем на 15%.

Проверенная технология двигателей с постоянными магнитами (PMM) показала снижение эксплуатационных расходов, связанных с потребляемой мощностью ЭЦН, до 20% и более. PMM также имеют меньший нагрев, чем асинхронный двигатель (IM) эквивалентной мощности (л.с.), что способствует повышению надежности и

более длительный срок службы. Более высокая плотность ротора высокого давления означает, что PMM также значительно короче, чем аналог IM, что обеспечивает большую глубину настройки насоса, а также способствует лучшему зазору при сильном искривлении или извилистом пути скважины.

Производительность ВЭД Борец оптимизирована с использованием запатентованного алгоритма векторного управления в наземном приводе с регулируемой скоростью (ЧРП). Ключевые рабочие характеристики двигателя, определенные в процессе контролируемой лабораторной настройки, загружаются в алгоритм управления, что позволяет преобразователю частоты оптимизировать энергопотребление двигателя и равномерно контролировать стабильность во всем диапазоне изменения нагрузки двигателя.

Borets имеет самый большой в отрасли портфель проверенных PMM различных размеров, от низкоскоростных (120 об/мин) до высокоскоростных (6000 об/мин) в поддержку стандартных (PMM-ESP), высокоскоростных (Slimline и WR2) и низкоскоростные (PMM-PCP) приложения. Все БДМ Борец поставляются с односекционными двигателями.