Avec le développement des matériaux à aimants permanents aux terres rares dans les années 1970, les moteurs à aimants permanents aux terres rares ont vu le jour. Les moteurs à aimants permanents utilisent des aimants permanents de terres rares pour l'excitation, et les aimants permanents peuvent générer des champs magnétiques permanents après magnétisation. Ses performances d'excitation sont excellentes et supérieures aux moteurs électriques à excitation en termes de stabilité, de qualité et de réduction des pertes, ce qui a ébranlé le marché des moteurs traditionnels.

Ces dernières années, avec le développement rapide de la science et de la technologie modernes, les performances et la technologie des matériaux électromagnétiques, en particulier des matériaux électromagnétiques de terres rares, ont été progressivement améliorées. Couplées au développement rapide de l'électronique de puissance, de la technologie de transmission de puissance et de la technologie de contrôle automatique, les performances des moteurs synchrones à aimants permanents s'améliorent de plus en plus.

De plus, les moteurs synchrones à aimants permanents présentent les avantages suivants : légèreté, structure simple, petite taille, bonnes caractéristiques et densité de puissance élevée. De nombreuses institutions et entreprises de recherche scientifique mènent activement la recherche et le développement de moteurs synchrones à aimants permanents, et leurs domaines d'application seront encore élargis.

1.Base de développement du moteur synchrone à aimant permanent

a.Application de matériaux à aimant permanent de terres rares de haute performance

Les matériaux à aimants permanents de terres rares sont passés par trois étapes : SmCo5, Sm2Co17 et Nd2Fe14B. Actuellement, les matériaux à aimants permanents représentés par NdFeB sont devenus le type de matériaux à aimants permanents de terres rares le plus largement utilisé en raison de leurs excellentes propriétés magnétiques. Le développement de matériaux à aimants permanents a entraîné le développement de moteurs à aimants permanents.

Comparé au moteur à induction triphasé traditionnel avec excitation électrique, l'aimant permanent remplace le pôle d'excitation électrique, simplifie la structure, élimine la bague collectrice et la brosse du rotor, réalise la structure sans balai et réduit la taille du rotor. Cela améliore la densité de puissance, la densité de couple et l'efficacité de fonctionnement du moteur, et rend le moteur plus petit et plus léger, élargissant ainsi son champ d'application et favorisant le développement de moteurs électriques vers une puissance plus élevée.

b.Application de la nouvelle théorie du contrôle

Ces dernières années, les algorithmes de contrôle se sont développés rapidement. Parmi eux, les algorithmes de contrôle vectoriel ont résolu en principe le problème de la stratégie de conduite des moteurs à courant alternatif, ce qui confère aux moteurs à courant alternatif de bonnes performances de contrôle. L'émergence du contrôle direct du couple rend la structure de contrôle plus simple et présente les caractéristiques d'une forte performance de circuit pour les changements de paramètres et d'une vitesse de réponse dynamique de couple rapide. La technologie de contrôle indirect du couple résout le problème des pulsations importantes du couple direct à basse vitesse et améliore la vitesse et la précision du contrôle du moteur.

c.Application de dispositifs et de processeurs électroniques de puissance haute performance

La technologie moderne de l’électronique de puissance constitue une interface importante entre l’industrie de l’information et les industries traditionnelles, ainsi qu’un pont entre le courant faible et le courant fort contrôlé. Le développement de la technologie de l’électronique de puissance permet la réalisation de stratégies de contrôle d’entraînement.

Dans les années 1970, une série d'onduleurs à usage général sont apparus, capables de convertir la puissance à fréquence industrielle en puissance à fréquence variable avec une fréquence réglable en continu, créant ainsi les conditions d'une régulation de vitesse à fréquence variable du courant alternatif. Ces onduleurs ont une capacité de démarrage progressif une fois la fréquence réglée, et la fréquence peut augmenter de zéro à la fréquence définie à un certain rythme, et le taux de montée peut être ajusté en continu dans une large plage, résolvant ainsi le problème de démarrage des moteurs synchrones.

2. État de développement des moteurs synchrones à aimant permanent au pays et à l'étranger

Le premier moteur de l’histoire était un moteur à aimant permanent. À cette époque, les performances des matériaux à aimants permanents étaient relativement médiocres et la force coercitive et la rémanence des aimants permanents étaient trop faibles, ils furent donc rapidement remplacés par des moteurs électriques à excitation.

Dans les années 1970, les matériaux à aimants permanents de terres rares représentés par NdFeB avaient une grande force coercitive, une grande rémanence, une forte capacité de démagnétisation et un produit d'énergie magnétique important, ce qui a fait apparaître sur la scène de l'histoire des moteurs synchrones à aimants permanents de haute puissance. Aujourd'hui, la recherche sur les moteurs synchrones à aimants permanents devient de plus en plus mature et évolue vers une vitesse élevée, un couple élevé, une puissance élevée et un rendement élevé.

Ces dernières années, grâce au fort investissement des chercheurs nationaux et du gouvernement, les moteurs synchrones à aimants permanents se sont développés rapidement. Avec le développement de la technologie des micro-ordinateurs et de la technologie de contrôle automatique, les moteurs synchrones à aimants permanents ont été largement utilisés dans divers domaines. En raison des progrès de la société, les exigences des gens en matière de moteurs synchrones à aimants permanents sont devenues plus strictes, ce qui a incité les moteurs à aimants permanents à évoluer vers une plage de régulation de vitesse plus large et un contrôle de plus grande précision. Grâce à l'amélioration des processus de production actuels, des matériaux à aimants permanents hautes performances ont été développés. Cela réduit considérablement son coût et l’applique progressivement à divers domaines de la vie.

3. Technologie actuelle

un. Technologie de conception de moteur synchrone à aimant permanent

Par rapport aux moteurs à excitation électrique ordinaires, les moteurs synchrones à aimants permanents n'ont pas d'enroulements d'excitation électrique, d'anneaux collecteurs et d'armoires d'excitation, ce qui améliore considérablement non seulement la stabilité et la fiabilité, mais également l'efficacité.

Parmi eux, les moteurs à aimant permanent intégrés présentent les avantages d'un rendement élevé, d'un facteur de puissance élevé, d'une densité de puissance unitaire élevée, d'une forte capacité d'expansion de vitesse magnétique faible et d'une vitesse de réponse dynamique rapide, ce qui en fait un choix idéal pour entraîner des moteurs.

Les aimants permanents fournissent l'intégralité du champ magnétique d'excitation des moteurs à aimants permanents, et le couple d'engrenage augmentera les vibrations et le bruit du moteur pendant le fonctionnement. Un couple d'engrenage excessif affectera les performances à basse vitesse du système de contrôle de vitesse du moteur et le positionnement de haute précision du système de contrôle de position. Par conséquent, lors de la conception du moteur, le couple d'engrenage doit être réduit autant que possible grâce à l'optimisation du moteur.

Selon les recherches, les méthodes générales pour réduire le couple d'encoche comprennent la modification du coefficient d'arc polaire, la réduction de la largeur de la fente du stator, l'adaptation de la fente oblique et de la fente du pôle, la modification de la position, de la taille et de la forme du pôle magnétique, etc. , il convient de noter que la réduction du couple d'encoche peut affecter d'autres performances du moteur, telles que le couple électromagnétique peut diminuer en conséquence. Par conséquent, lors de la conception, divers facteurs doivent être équilibrés autant que possible pour obtenir les meilleures performances du moteur.

b. Technologie de simulation de moteur synchrone à aimant permanent

La présence d'aimants permanents dans les moteurs à aimants permanents rend difficile pour les concepteurs le calcul de paramètres, tels que la conception du coefficient de flux de fuite à vide et du coefficient d'arc polaire. Généralement, un logiciel d'analyse par éléments finis est utilisé pour calculer et optimiser les paramètres des moteurs à aimants permanents. Le logiciel d'analyse par éléments finis peut calculer les paramètres du moteur avec une grande précision et il est très fiable de l'utiliser pour analyser l'impact des paramètres du moteur sur les performances.

La méthode de calcul par éléments finis nous permet de calculer et d’analyser plus facilement, plus rapidement et plus précisément le champ électromagnétique des moteurs. Il s’agit d’une méthode numérique développée sur la base de la méthode des différences et largement utilisée en science et en ingénierie. Utilisez des méthodes mathématiques pour discrétiser certains domaines de solutions continues en groupes d'unités, puis interpolez dans chaque unité. De cette manière, une fonction d'interpolation linéaire est formée, c'est-à-dire qu'une fonction approximative est simulée et analysée à l'aide d'éléments finis, ce qui nous permet d'observer intuitivement la direction des lignes de champ magnétique et la répartition de la densité de flux magnétique à l'intérieur du moteur.

c. Technologie de contrôle de moteur synchrone à aimant permanent

L'amélioration des performances des systèmes d'entraînement motorisés revêt également une grande importance pour le développement du domaine du contrôle industriel. Il permet au système de fonctionner avec les meilleures performances. Ses caractéristiques de base se reflètent dans la faible vitesse, notamment en cas de démarrage rapide, d'accélération statique, etc., il peut produire un couple important ; et lors de la conduite à grande vitesse, il peut obtenir un contrôle constant de la vitesse de puissance dans une large plage. Le tableau 1 compare les performances de plusieurs moteurs majeurs.

Comme le montre le tableau 1, les moteurs à aimants permanents ont une bonne fiabilité, une large plage de vitesse et un rendement élevé. S'il est combiné avec la méthode de contrôle correspondante, l'ensemble du système moteur peut atteindre les meilleures performances. Par conséquent, il est nécessaire de sélectionner un algorithme de contrôle approprié pour obtenir une régulation de vitesse efficace, afin que le système d'entraînement du moteur puisse fonctionner dans une zone de régulation de vitesse relativement large et une plage de puissance constante.

La méthode de contrôle vectoriel est largement utilisée dans l’algorithme de contrôle de vitesse des moteurs à aimants permanents. Il présente les avantages d'une large plage de régulation de vitesse, d'un rendement élevé, d'une fiabilité élevée, d'une bonne stabilité et de bons avantages économiques. Il est largement utilisé dans les entraînements moteurs, le transport ferroviaire et les servomoteurs de machines-outils. En raison des différentes utilisations, la stratégie de lutte anti-vectorielle actuellement adoptée est également différente.

4. Caractéristiques du moteur synchrone à aimant permanent

Le moteur synchrone à aimant permanent présente une structure simple, de faibles pertes et un facteur de puissance élevé. Par rapport au moteur d'excitation électrique, comme il n'y a pas de balais, de collecteurs et d'autres dispositifs, aucun courant d'excitation réactif n'est requis, donc le courant du stator et la perte de résistance sont plus petits, l'efficacité est plus élevée, le couple d'excitation est plus grand et les performances de contrôle c'est mieux. Cependant, il existe des inconvénients tels qu'un coût élevé et des difficultés de démarrage. En raison de l'application de la technologie de contrôle dans les moteurs, en particulier de l'application des systèmes de contrôle vectoriel, les moteurs synchrones à aimant permanent peuvent atteindre une régulation de vitesse sur une large plage, une réponse dynamique rapide et un contrôle de positionnement de haute précision, de sorte que les moteurs synchrones à aimant permanent attireront plus de personnes à conduire. recherches approfondies.

5. Caractéristiques techniques du moteur synchrone à aimant permanent Anhui Mingteng

un. Le moteur présente un facteur de puissance élevé et un facteur de qualité du réseau électrique élevé. Aucun compensateur de facteur de puissance n'est requis et la capacité de l'équipement de la sous-station peut être pleinement utilisée ;

b. Le moteur à aimant permanent est excité par des aimants permanents et fonctionne de manière synchrone. Il n'y a pas de pulsation de vitesse et la résistance du pipeline n'augmente pas lors de l'entraînement des ventilateurs et des pompes ;

c. Le moteur à aimant permanent peut être conçu avec un couple de démarrage élevé (plus de 3 fois) et une capacité de surcharge élevée selon les besoins, résolvant ainsi le phénomène du « grand cheval tirant un petit chariot » ;

d. Le courant réactif d'un moteur asynchrone ordinaire est généralement d'environ 0,5 à 0,7 fois le courant nominal. Le moteur synchrone à aimant permanent Mingteng n'a pas besoin de courant d'excitation. Le courant réactif du moteur à aimant permanent et du moteur asynchrone est différent d'environ 50 % et le courant de fonctionnement réel est d'environ 15 % inférieur à celui du moteur asynchrone ;

e. Le moteur peut être conçu pour démarrer directement et les dimensions externes d'installation sont les mêmes que celles des moteurs asynchrones actuellement largement utilisés, qui peuvent remplacer entièrement les moteurs asynchrones ;

f. L'ajout d'un pilote peut obtenir un démarrage en douceur, un arrêt en douceur et une régulation de vitesse en continu, avec une bonne réponse dynamique et un effet d'économie d'énergie encore amélioré ;

g. Le moteur possède de nombreuses structures topologiques, qui répondent directement aux exigences fondamentales des équipements mécaniques dans une large gamme et dans des conditions extrêmes ;

h. Afin d'améliorer l'efficacité du système, de raccourcir la chaîne de transmission et de réduire les coûts de maintenance, des moteurs synchrones à aimants permanents à entraînement direct à haute et basse vitesse peuvent être conçus et fabriqués pour répondre aux exigences plus élevées des utilisateurs.

Anhui Mingteng Machines à aimant permanent et équipements électriques Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/) a été créée en 2007. Il s'agit d'une entreprise de haute technologie spécialisée dans la recherche et le développement, la production et la vente de moteurs synchrones à aimant permanent à très haut rendement. La société utilise une théorie moderne de conception de moteur, un logiciel de conception professionnel et un programme de conception de moteur à aimant permanent auto-développé pour simuler le champ électromagnétique, le champ de fluide, le champ de température, le champ de contrainte, etc. du moteur à aimant permanent, optimiser la structure du circuit magnétique, améliorer Le niveau d'efficacité énergétique du moteur et garantit fondamentalement l'utilisation fiable du moteur à aimant permanent.

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