Основна покретачка снага која води еру високе ефикасности и очувања енергије

Вођени двоструким силама савременог индустријског система и нове енергетске револуције, мотори, као основни уређаји за конверзију енергије, пролазе кроз технолошку итерацију од традиционалних електромагнетних ка трајним магнетима.Мотори са трајним магнетом, са својим изузетним предностима високе ефикасности, минијатуризације и малих губитака, постали су „срце снаге“ у областима као што су возила са новом енергијом, индустријска аутоматизација, паметне куће и ваздухопловство, дубоко мењајући начин на који се енергија користи у људској производњи и животу.

И. Основни принцип мотора са трајним магнетом: Енергетска револуција покретана магнетним пољима

Суштина мотора са трајним магнетима је да користе константно магнетно поље које стварају трајни магнетни материјали (као што су неодимијум гвожђе бор, самаријум кобалт, итд.) За замену побудних намотаја у традиционалним моторима, и постизање ефикасне конверзије електричне енергије и механичке енергије путем електромагнетне индукције. Његов принцип рада се може сажети као "интеракција магнетног поља": након што наизменична струја прође кроз намотај статора, генерише се ротирајуће магнетно поље. Ово магнетно поље је у интеракцији са константним магнетним пољем трајних магнета на ротору, стварајући електромагнетни обртни момент који покреће ротор да се ротира, а затим покреће спољашње оптерећење да ради.

У поређењу са традиционалним моторима побуде, мотори са трајним магнетом елиминишу побудне намотаје, клизне прстенове, четке и друге компоненте, постижући два велика пробоја у структури: Прво, елиминишу губитке побуде (који чине око 10% -20% укупних губитака мотора), значајно побољшавајући ефикасност конверзије енергије; Друго, поједностављује структуру мотора, смањује стопу кварова и продужава радни век. Узмимо за пример погонске моторе возила нове енергије. Ефикасност синхроних мотора са перманентним магнетом генерално може да достигне 90% до 97%, што је много више од 85% до 90% традиционалних асинхроних мотора. Ово је такође основни разлог зашто су они постали главно решење за погон.

Ии. Техничке предности: Четири димензије преобликовања перформанси мотора

Широка примена одмотори са трајним магнетимапроизилази из њиховог свестраног открића у перформансама, величини, потрошњи енергије и поузданости, што се може конкретно сажети у четири кључне предности:

1. Висока ефикасност и уштеда енергије: Функција ниског губитка у свим условима рада

Мотори са трајним магнетом могу да одржавају високу ефикасност у широком опсегу брзина ротације, посебно у условима делимичног оптерећења (као што су возила са новом енергијом у градском саобраћају), где је њихова предност у ефикасности још израженија. Узимајући за пример трофазни асинхрони мотор који се обично користи у индустријском пољу, под истом снагом, губитак празног хода мотора са перманентним магнетом може се смањити за више од 50%, а оперативни губитак може се смањити за 20% до 30%. Дуготрајна употреба може уштедети велику количину електричне енергије. Према Међународној агенцији за енергију, ако би се сви индустријски мотори широм света заменили високоефикасним моторима са трајним магнетима, годишње би се могло смањити емисија угљен-диоксида за око 120 милиона тона.

2. Компактан и лаган: Структурални дизајн који пробија просторна ограничења

Због тога што је густина магнетног флукса трајних магнетних материјала много већа од оне код традиционалних побудних намотаја, запремина и тежина мотора са трајним магнетима могу се смањити за 30% до 50% под истом снагом. Ова предност је посебно важна у областима као што су ваздухопловство и медицински уређаји који су осетљиви на простор и тежину. На пример, мотори са трајним магнетом који се користе у дронови теже само упола мање од традиционалних мотора, али могу понудити већу густину снаге, значајно повећавајући њихову издржљивост.

3. Ниска бука и висока поузданост: Оперативна предност смањења трошкова одржавања

Мотори са трајним магнетом немају делове који се лако хабају као што су четке и клизни прстенови. Њихова структура ротора је једноставна. Током рада, они имају ниске вибрације и буку (обично испод 60 децибела), а њихова стопа кварова је много нижа него код традиционалних мотора. У индустријским производним линијама, средње време између кварова (МТБФ) мотора са трајним магнетима може да достигне преко 100.000 сати, што је 2 до 3 пута више од традиционалних мотора, значајно смањујући трошкове одржавања опреме и губитке застоја.

4. Широк опсег регулације брзине: Флексибилност контроле прилагођена вишеструким сценаријима

Помоћу векторске контроле, регулације брзине променљиве фреквенције и других технологија, мотори са трајним магнетима могу постићи регулацију брзине у широком опсегу од 0 до 10.000 о/мин, са великом прецизношћу регулације брзине (грешка мања од 0,5%) и великом брзином одзива (ниво милисекунди). Ова карактеристика му омогућава да испуни захтеве различитих сценарија: у новим енергетским возилима, може да постигне беспрекорно пребацивање између покретања при малој брзини са великим обртним моментом и ефикасног крстарења великом брзином. У прецизним алатним машинама, може обезбедити стабилан рад при малим брзинама како би се осигурала тачност обраде.

Иии. Поља примене: Трансформација снаге Продире у цео индустријски ланац

Од индустријске производње до свакодневног живота, од земаљског транспорта до ваздухопловства, мотори са трајним магнетима постали су главна покретачка снага за технолошке надоградње у различитим областима. Њихови главни сценарији примене укључују:

1. Нова енергетска возила: Главни избор за погонске системе

Тренутно, преко 90% чисто електричних возила и хибридних возила широм света користи синхроне моторе са трајним магнетима као погонске моторе. На пример, мејнстрим модели као што су Тесла Модел 3 и БИД Хан опремљени су моторима са трајним магнетима високих перформанси, који не само да обезбеђују снажну снагу (са убрзањем од 0-100 км/х за 2,1 секунду), већ и постижу ниску потрошњу енергије (са минималном потрошњом енергије од само 11,9 КВХ на 100 км), олакшавајући трансформацију аутомобила у ниску индустрију аутомобила.

2. Индустријска аутоматизација: Кључна опрема за повећање ефикасности производње

У индустријском пољу, мотори са трајним магнетима се широко користе у алатним машинама, роботима, вентилаторима, пумпама за воду и другој опреми. Узмимо индустријске роботе као пример. Серво мотори са трајним магнетом који се користе на спојевима могу постићи високо прецизно позиционирање (са тачношћу понављања позиционирања од ±0,001 мм) и брз одговор, омогућавајући роботима да заврше сложене монтаже, заваривање и друге задатке и значајно побољшавају ефикасност производње. Поред тога, вентилатори и пумпе које покрећу мотори са трајним магнетима могу уштедети 20% до 40% енергије у поређењу са традиционалним моторима, штедећи огромну количину накнада за електричну енергију за индустријска предузећа сваке године.

3. Паметни дом и потрошачка електроника: основне компоненте за оптимизацију корисничког искуства

У свакодневном животу, мотори са трајним магнетима су се прожимали у областима као што су кућни апарати и дигитални производи. На пример, ДЦ мотор са перманентним магнетом који је усвојен у паметним машинама за прање веша може постићи регулацију брзине без степена, што резултира равномернијим прањем и мањом буком. Вентилатор за хлађење нотебоок рачунара има мотор са микро перманентним магнетом, који је величине новчића, али може да обезбеди ефикасан ефекат хлађења и обезбеди стабилан рад уређаја.

4. Ваздухопловство и национална одбрана: техничка подршка за пробијање кроз екстремна окружења

У области ваздухопловства, мотори са трајним магнетима се широко користе у контроли положаја сателита, погону беспилотне летелице (УАВ), системима за навођење пројектила, итд., Због своје високе поузданости и способности да издрже екстремна окружења (радећи у температурном опсегу од -60 ℃ до 200 ℃). На пример, мотор са трајним магнетом који носи кинеска лунарна сонда Цханг 'е-5 стабилно је радио у окружењу екстремних температурних разлика на Месецу, пружајући кључну подршку за снагу за мисију враћања узорка.

ИВ. Развојни изазови и будући трендови: технолошки пробој ка већим перформансама

Иако су мотори са трајним магнетима постигли изузетан успех, они се и даље суочавају са неким изазовима у свом процесу развоја: Прво, материјали са трајним магнетима се ослањају на увоз. Преко 90% светских материјала неодимијум гвожђе и бор трајних магнета високих перформанси производи се у Кини, али недостатак и флуктуације цена ресурса ретких земаља могу утицати на стабилност индустрије. Друго, стабилност на високим температурама је недовољна. Традиционални трајни магнетни материјали од неодимијум гвожђа и бора су склони демагнетизацији на високим температурама, што ограничава њихову примену у сценаријима високих температура као што су авио-мотори и нуклеарна индустрија. Треће, трошак је релативно висок. Цена трајних магнетних материјала високих перформанси је 5 до 10 пута већа од традиционалних електромагнетних материјала, што повећава трошкове производње мотора.

Као одговор на ове изазове, будући развој мотора са трајним магнетима ће се пробити у три главна правца:

1. Истраживање и развој нових перманентних магнетних материјала: Пробијање кроз ограничења ресурса и перформанси

Истраживачке институције активно развијају трајне магнетне материјале без ретких земаља (као што су трајни магнетни материјали од гвожђа-азота и гвожђе-кобалта) и трајне магнетне материјале отпорне на високе температуре (као што су побољшане верзије трајних магнетних материјала од самаријум-кобалта) како би се смањило ослањање на ресурсе ретких земаља и побољшала стабилност мотора у екстремним окружењима. На пример, трајни магнетни материјал са гвожђем и азотом који је развило Министарство енергетике САД има магнетна својства блиска онима неодимијум гвожђа бора и не садржи елементе ретких земаља, што може смањити трошкове за више од 40%.

2. Интелигенција и интеграција: Побољшајте перформансе моторних система

У будућности, мотори са трајним магнетима ће бити дубоко интегрисани са Интернетом ствари и технологијама вештачке интелигенције како би се постигло интелигентно праћење и адаптивна регулација. На пример, индустријски мотори се могу надгледати у реалном времену за њихов радни статус преко сензора, и комбиновани са АИ алгоритмима да би се оптимизовале стратегије регулације брзине, додатно смањујући потрошњу енергије. У међувремену, интегрисани дизајн мотора са контролерима и редукторима (као што је „мулти-ин-оне” електрични погонски систем у возилима нове енергије) значајно ће смањити запремину и тежину и побољшати ефикасност система.

3. Зелена производња и рециклажа: изградња одрживог индустријског ланца

Да би се постигао развој са ниским садржајем угљеника, индустрија мотора са трајним магнетима ће промовисати примену зелених производних технологија, као што су премазивање без растварача и процеси синтеровања на ниској температури, како би се смањило загађење током производног процеса. У међувремену, требало би успоставити систем рециклаже трајних магнетних материјала. Кроз технологије као што су растављање и пречишћавање, може се постићи рециклирање ретких земљаних ресурса, смањујући ослањање на примарне ресурсе.

Закључак

Од снаге паре индустријске револуције до електромагнетних мотора електричног доба, а сада до мотора са трајним магнетима, потрага човечанства за ефикасном снагом никада није престала. Као једна од основних технологија нове енергетске револуције и индустрије 4.0, мотори са трајним магнетима нису само кључ за побољшање ефикасности коришћења енергије и промовисање развоја са ниским садржајем угљеника, већ и важна подршка за постизање врхунске производње и пробијање технолошких блокада. Уз континуирани напредак у новим материјалима и интелигентним технологијама, мотори са трајним магнетима ће створити вредност у више области и убризгати континуирани ток „зелене снаге“ у одрживи развој људског друштва.