بالمقارنة مع محركات الإثارة الكهربائية التقليدية، تتميز المحركات ذات المغناطيس الدائم، وخاصة محركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، بهيكل بسيط وتشغيل موثوق.حجم صغير وخفيف الوزن.خسارة منخفضة وكفاءة عالية.يمكن أن يكون شكل وحجم المحرك مرنًا ومتنوعًا.ولذلك، فإن نطاق التطبيق واسع للغاية، تقريبًا في جميع مجالات الطيران والدفاع الوطني والإنتاج الصناعي والزراعي والحياة اليومية.يتم عرض الميزات والتطبيقات الرئيسية للعديد من محركات المغناطيس الدائم النموذجية أدناه.
1. بالمقارنة مع المولدات التقليدية، فإن المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم للأرض النادرة لا تحتاج إلى حلقات انزلاق وأجهزة فرشاة، مع هيكل بسيط ومعدل فشل منخفض.يمكن للمغناطيس الدائم الأرضي النادر أيضًا زيادة الكثافة المغناطيسية للفجوة الهوائية، وزيادة سرعة المحرك إلى القيمة المثلى وتحسين نسبة الطاقة إلى الكتلة.تُستخدم جميع مولدات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة تقريبًا في مولدات الطيران والفضاء المعاصرة.منتجاتها النموذجية هي 150 كيلو فولت أمبير 14 قطب 12000 دورة / دقيقة ~ 21000 دورة / دقيقة و 100 كيلو فولت أمبير 60000 دورة / دقيقة مولدات متزامنة ذات مغناطيس دائم من الكوبالت الأرضي النادر المصنعة من قبل شركة جنرال إلكتريك الأمريكية.أول محرك مغناطيسي دائم للأتربة النادرة تم تطويره في الصين هو مولد مغناطيسي دائم بقدرة 3 كيلووات و20000 دورة في الدقيقة.
تُستخدم مولدات المغناطيس الدائم أيضًا كمثيرات مساعدة للمولدات التوربينية الكبيرة.في الثمانينيات، نجحت الصين في تطوير أكبر جهاز إثارة مساعد للمغناطيس الدائم للأتربة النادرة في العالم بقدرة تتراوح من 40 كيلو فولت أمبير إلى 160 كيلو فولت أمبير، ومجهز بمولدات توربينية بقدرة 200 ميجاوات إلى 600 ميجاوات، مما أدى إلى تحسين موثوقية تشغيل محطة الطاقة بشكل كبير.
في الوقت الحاضر، يتم نشر المولدات الصغيرة التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي، ومولدات المغناطيس الدائم للمركبات، ومولدات الرياح الصغيرة ذات المغناطيس الدائم التي تعمل مباشرة بعجلات الرياح.
2. محرك متزامن ذو مغناطيس دائم عالي الكفاءة بالمقارنة مع المحرك التعريفي، لا يحتاج المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم إلى تيار الإثارة التفاعلي، والذي يمكن أن يحسن بشكل كبير عامل الطاقة (يصل إلى 1 أو حتى بالسعة)، ويقلل من تيار الجزء الثابت وفقدان مقاومة الجزء الثابت، ولا يوجد فقدان للنحاس الدوار أثناء التشغيل المستقر، وبالتالي تقليل المروحة (يمكن للمحرك ذو السعة الصغيرة حتى إزالة المروحة) وفقدان احتكاك الرياح المقابل.بالمقارنة مع المحرك التعريفي بنفس المواصفات، يمكن زيادة الكفاءة بمقدار 2 إلى 8 نقاط مئوية.علاوة على ذلك، يمكن للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم الحفاظ على الكفاءة العالية وعامل الطاقة في نطاق الحمل المقدر بـ 25% ~ 120%، مما يجعل تأثير توفير الطاقة أكثر وضوحًا عند التشغيل تحت حمل خفيف.بشكل عام، هذا النوع من المحركات مزود بملف بدء على الدوار، والذي لديه القدرة على البدء مباشرة عند تردد وجهد معينين.في الوقت الحاضر، يتم استخدامه بشكل رئيسي في حقول النفط، وصناعات النسيج والألياف الكيماوية، وصناعات السيراميك والزجاج، والمراوح والمضخات ذات وقت التشغيل السنوي الطويل، وما إلى ذلك.
يمكن للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم NdFeB ذو الكفاءة العالية وعزم الدوران العالي الذي تم تطويره بشكل مستقل من قبل بلدنا أن يحل مشكلة "العربة الكبيرة التي تجرها الخيول" في تطبيقات حقول النفط.عزم الدوران أكبر بنسبة 50% ~ 100% من المحرك التعريفي، والذي يمكن أن يحل محل المحرك التعريفي برقم أساسي أكبر، ومعدل توفير الطاقة حوالي 20%.
في صناعة النسيج، تكون لحظة تحميل القصور الذاتي كبيرة، الأمر الذي يتطلب عزم جر عالي.إن التصميم المعقول لمعامل التسرب بدون حمل، ونسبة القطب البارز، ومقاومة الدوار، وحجم المغناطيس الدائم، ودورات لف الجزء الثابت للمحرك المتزامن بالمغناطيس الدائم يمكن أن يحسن أداء الجر لمحرك المغناطيس الدائم ويعزز تطبيقه في صناعات النسيج والألياف الكيميائية الجديدة.
إن المراوح والمضخات المستخدمة في محطات الطاقة واسعة النطاق والمناجم والبترول والكيماويات وغيرها من الصناعات تستهلك كميات كبيرة من الطاقة، ولكن كفاءة وعامل الطاقة للمحركات المستخدمة في الوقت الحاضر منخفضة.إن استخدام مغناطيس NdFeB الدائم لا يؤدي فقط إلى تحسين الكفاءة وعامل الطاقة، وتوفير الطاقة، ولكنه يحتوي أيضًا على هيكل بدون فرش، مما يحسن موثوقية التشغيل.في الوقت الحاضر، يعد المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم بقدرة 120 كيلو وات أقوى محرك مغناطيسي دائم غير متزامن في العالم ذو كفاءة عالية.كفاءته أعلى من 96.5% (نفس كفاءة المحرك بالمواصفات 95%)، وعامل الطاقة الخاص به هو 0.94، والذي يمكن أن يحل محل المحرك العادي بدرجات طاقة أكبر منه بمقدار 1 ~ 2.
3. محرك المغناطيس الدائم المؤازر AC ومحرك المغناطيس الدائم DC بدون فرش يستخدم الآن بشكل متزايد مصدر طاقة متغير التردد ومحرك AC لتشكيل نظام التحكم في سرعة AC بدلاً من نظام التحكم في سرعة محرك DC.في محركات التيار المتردد، تحافظ سرعة المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم على علاقة ثابتة مع تردد مصدر الطاقة أثناء التشغيل المستقر، بحيث يمكن استخدامه مباشرة في نظام التحكم في سرعة التردد المتغير ذو الحلقة المفتوحة.عادة ما يتم تشغيل هذا النوع من المحركات عن طريق الزيادة التدريجية في تردد محول التردد.ليس من الضروري ضبط ملف البداية على الدوار، ويتم حذف الفرشاة والمبدل، وبالتالي فإن الصيانة مريحة.
يتكون محرك المغناطيس الدائم المتزامن ذاتيًا من محرك متزامن ذو مغناطيس دائم مدعوم بمحول التردد ونظام التحكم في الحلقة المغلقة لموضع الدوار، والذي لا يتمتع فقط بأداء ممتاز لتنظيم السرعة لمحرك DC المثار كهربائيًا، ولكنه يحقق أيضًا بدون فرش.يتم استخدامه بشكل أساسي في المناسبات ذات دقة التحكم العالية والموثوقية، مثل الطيران والفضاء وأدوات الآلات CNC ومراكز التصنيع والروبوتات والمركبات الكهربائية والأجهزة الطرفية للكمبيوتر، إلخ.
في الوقت الحاضر، تم تطوير المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم NdFeB ونظام القيادة مع نطاق سرعة واسع ونسبة سرعة طاقة Gao Heng، مع نسبة سرعة تبلغ 1: 22500 وسرعة حدية تبلغ 9000 دورة/دقيقة.تعد خصائص الكفاءة العالية والاهتزاز المنخفض والضوضاء المنخفضة وكثافة عزم الدوران العالية لمحرك المغناطيس الدائم من المحركات الأكثر مثالية في السيارات الكهربائية والأدوات الآلية وأجهزة القيادة الأخرى.
مع التحسين المستمر لمستوى معيشة الناس، أصبحت متطلبات الأجهزة المنزلية أعلى فأعلى.على سبيل المثال، مكيف الهواء المنزلي ليس فقط مستهلكًا كبيرًا للطاقة، ولكنه أيضًا المصدر الرئيسي للضوضاء.اتجاه تطويرها هو استخدام محرك DC بدون فرش مغناطيسي دائم مع تنظيم السرعة بدون خطوات.يمكن ضبطه تلقائيًا على سرعة مناسبة وفقًا لتغير درجة حرارة الغرفة وتشغيله لفترة طويلة، مما يقلل من الضوضاء والاهتزاز، مما يجعل الناس يشعرون بمزيد من الراحة، ويوفر 1/3 من الكهرباء مقارنة بمكيف الهواء بدون تنظيم السرعة.تتحول الثلاجات والغسالات ومجمعات الغبار والمراوح وما إلى ذلك تدريجياً إلى محركات DC بدون فرش.
4. محرك DC ذو المغناطيس الدائم يعتمد محرك DC على إثارة المغناطيس الدائم، والذي لا يحتفظ فقط بخصائص تنظيم السرعة الجيدة والخصائص الميكانيكية لمحرك DC المثار كهربائيًا، ولكن يتميز أيضًا بخصائص البنية والتكنولوجيا البسيطة، الحجم الصغير، استهلاك النحاس المنخفض، العالي الكفاءة، وما إلى ذلك لأنه تم حذف لف الإثارة وفقدان الإثارة.لذلك، يتم استخدام محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم على نطاق واسع من الأجهزة المنزلية والأجهزة الإلكترونية المحمولة والأدوات الكهربائية إلى أنظمة نقل السرعة والموضع الدقيقة التي تتطلب أداء ديناميكيًا جيدًا.من بين محركات التيار المستمر الصغيرة التي تقل قوتها عن 50 وات، تمثل المحركات ذات المغناطيس الدائم 92%، بينما تمثل المحركات التي تقل قوتها عن 10 وات أكثر من 99%.
في الوقت الحاضر، تتطور صناعة السيارات في الصين بسرعة، وصناعة السيارات هي أكبر مستخدم لمحركات المغناطيس الدائم، وهي المكونات الرئيسية للسيارات.يوجد في السيارة فائقة الفخامة أكثر من 70 محركًا ذات أغراض مختلفة، معظمها عبارة عن محركات صغيرة ذات مغناطيس دائم منخفض الجهد تعمل بالتيار المستمر.عندما يتم استخدام المغناطيس الدائم NdFeB والتروس الكوكبية في محركات بدء التشغيل للسيارات والدراجات النارية، يمكن تقليل جودة محركات بدء التشغيل بمقدار النصف.
تصنيف محركات المغناطيس الدائم
هناك أنواع كثيرة من المغناطيس الدائم.وفقًا لوظيفة المحرك، يمكن تقسيمه تقريبًا إلى فئتين: مولد المغناطيس الدائم ومحرك المغناطيس الدائم.
يمكن تقسيم المحركات ذات المغناطيس الدائم إلى محركات DC ذات المغناطيس الدائم ومحركات التيار المتردد ذات المغناطيس الدائم.يشير محرك التيار المتردد ذو المغناطيس الدائم إلى المحرك المتزامن متعدد الأطوار مع دوار المغناطيس الدائم، لذلك يطلق عليه غالبًا محرك متزامن المغناطيس الدائم (PMSM).
يمكن تقسيم محركات DC ذات المغناطيس الدائم إلى محركات DC بدون فرش ذات مغناطيس دائم ومحركات DC بدون فرش ذات مغناطيس دائم (BLDCM) إذا تم تصنيفها وفقًا لما إذا كانت هناك مفاتيح كهربائية أو مفاتيح تحويل.
في الوقت الحاضر، تتطور نظرية وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة الحديثة بشكل كبير في العالم.مع ظهور الأجهزة الإلكترونية للطاقة، مثل MOSFET وIGBT وMCT، شهدت أجهزة التحكم تغييرات جوهرية.منذ أن طرح F. Blaceke مبدأ التحكم في ناقل الحركة لمحرك التيار المتردد في عام 1971، بدأ تطوير تكنولوجيا التحكم في ناقل الحركة حقبة جديدة من التحكم في محرك سيرفو التيار المتردد، وتم دفع العديد من المعالجات الدقيقة عالية الأداء بشكل مستمر، مما أدى إلى تسريع التطوير من نظام سيرفو التيار المتردد بدلاً من نظام سيرفو التيار المستمر.إنه اتجاه لا مفر منه أن يحل نظام المؤازرة AC-I محل نظام المؤازرة DC.ومع ذلك، فإن المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) مع القوة الدافعة الكهربية الخلفية الجيبية ومحرك DC بدون فرش (BLIX~) مع القوة الدافعة الكهربية الخلفية شبه المنحرفة سيصبح بالتأكيد الاتجاه السائد لتطوير نظام مؤازر AC عالي الأداء بسبب أدائه الممتاز.