1. Motor de imanes permanentes de tierras raras: el futuro del motor

El motor de imanes permanentes de tierras raras es un nuevo tipo de motor de imanes permanentes que apareció a principios de la década de 1970.

Debido a las excelentes propiedades magnéticas de los materiales magnéticos permanentes de tierras raras, pueden establecer un fuerte campo magnético permanente sin energía externa después de la magnetización.

El motor de imán permanente de tierras raras no solo tiene una alta eficiencia sino que también tiene una estructura simple y un funcionamiento confiable. También puede ser de tamaño pequeño y liviano.

Transformados en motores especiales que pueden cumplir requisitos operativos específicos, como motores de tracción de ascensores, motores especiales para automóviles, etc.

La combinación de motores de imanes permanentes de tierras raras con tecnología de electrónica de potencia y tecnología de control por microcomputadora ha mejorado el rendimiento del motor y el sistema de transmisión a un nuevo nivel.

Mejorar el rendimiento y el nivel del equipo técnico de soporte es una dirección de desarrollo importante para que la industria del motor ajuste la estructura industrial.

Los motores de imanes permanentes de tierras raras se utilizan ampliamente en casi todos los campos de la aviación, el sector aeroespacial, la defensa nacional, la fabricación de equipos, la producción industrial y agrícola y la vida diaria.

Incluye motores síncronos de imanes permanentes, generadores de imanes permanentes, motores de CC, motores de CC sin escobillas, servomotores de imanes permanentes de CA, motores lineales de imanes permanentes, motores de imanes permanentes especiales y sistemas de control relacionados, que cubren casi toda la industria del motor.

2. Apoyo a la política de motores de imanes permanentes de tierras raras

El 22 de noviembre de 2021, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y la Administración Estatal de Regulación del Mercado emitieron conjuntamente el “Plan de mejora de la eficiencia energética de los motores (2021-2023)”, proponiendo que para 2023, la producción anual de vehículos de alta eficiencia y energía. -Los motores que ahorran energía alcanzarán los 170 millones de kilovatios, y la proporción de motores de alta eficiencia y ahorro de energía en servicio alcanzó más del 20%, y el ahorro anual de electricidad fue de 49 mil millones de kWh.

El documento menciona claramente que “Para ventiladores, bombas, compresores, máquinas herramienta y otros equipos de uso general, fomentar el uso de motores eléctricos con nivel de eficiencia energética 2 y superior.

Para condiciones de funcionamiento de carga variable, promueva motores de imanes permanentes de frecuencia variable con nivel de eficiencia energética 2 y superior”.

Según la versión 2013 de la norma “Motor síncrono de imanes permanentes”, la producción actual de motores de imanes permanentes se distribuye en los intervalos de consumo de energía de primer y segundo nivel; Combinado con los “Límites de eficiencia energética del motor y grados de eficiencia energética” (GB 18613-2020) y el “Plan de mejora de la eficiencia energética del motor”, solo algunos motores de imanes permanentes de tierras raras de NdFeB de alto rendimiento pueden alcanzar la eficiencia de más del 95% de la Estándar de consumo de energía de primer nivel (correspondiente a IE5), y el resto de motores de imanes permanentes de tierras raras pertenecen al estándar de consumo de energía de segundo nivel.

En la actualidad, los motores de imanes permanentes de tierras raras pueden ahorrar más del 10% de electricidad y aumentar su eficiencia a más del 95%.

Usando un motor síncrono de imán permanente de tierras raras, la tasa de ahorro de energía de la potencia reactiva puede alcanzar el 85% y la tasa de ahorro de energía de la potencia activa puede alcanzar el 23%~25%. El efecto de ahorro de energía es notable.

3. ¿Por qué deberíamos desarrollar vigorosamente motores ahorradores de energía con imanes permanentes de tierras raras?

(1) Los motores industriales son los sectores que más electricidad consumen en la sociedad.

En 2020, el parque de motores de China ascenderá a unos 4 millones de kilovatios y el consumo total de energía será de unos 4.8 billones de kwh, lo que representa el 64% del consumo total de electricidad de toda la sociedad.

Entre ellos, el consumo total de energía de los motores en el campo industrial será de 3.84 billones de kWh. Representa el 75% del consumo de electricidad industrial. Cada aumento del 1% en la eficiencia energética de los motores en el campo industrial puede ahorrar alrededor de 38.4 mil millones de kWh de electricidad. por año, y un aumento del 3% en la eficiencia energética equivale a la generación de energía anual de las Tres Gargantas.

El Consejo de Estado emitió el “Plan de acción para el pico de carbono 2030”, que se centra en promover la conservación de energía y la mejora de la eficiencia de equipos clave que consumen energía, centrándose en motores, ventiladores, bombas, compresores, transformadores, intercambiadores de calor, calderas industriales y otros equipos para mejorar integralmente el estándar de eficiencia energética.

(2) Los motores de alta eficiencia y ahorro de energía se refieren a motores estándar de uso general con alta eficiencia.

(cumple por encima del estándar de segundo nivel del nuevo estándar de eficiencia energética del motor). En mayo de 2020, China anunció el último estándar de eficiencia energética de motores “GB18613-2020 Límites de eficiencia energética de motores y grados de eficiencia energética”, el estándar se implementó oficialmente el 1 de junio de 2021 y se forzaron motores de eficiencia energética por debajo de IE3 (estándar internacional). para detener la producción.

Los tipos de motores incluyen motores asíncronos trifásicos, motores de imanes permanentes de tierras raras, etc. Los motores asíncronos tradicionales se pueden aumentar aumentando los materiales (aumentando el diámetro exterior del núcleo de hierro, aumentando el tamaño de la ranura del estator, aumentando el peso de los cables de cobre). , y utilizando láminas de acero al silicio con buena permeabilidad magnética).

Sin embargo, debido a su principio de funcionamiento básico, es difícil mejorar la eficiencia de los motores asíncronos tradicionales. Por ejemplo, algunos motores energéticamente eficientes IE4 e IE5 prefieren utilizar el modo de imán permanente.

(3) Más importante aún, en comparación con los motores asíncronos, los motores de imanes permanentes de tierras raras tienen ventajas naturales de ahorro de energía.

1) Ahorro de energía:

A diferencia del motor asíncrono, el rotor del motor de imán permanente no necesita corriente de excitación y el ahorro de energía es de aproximadamente 15%-20%.
2) Alta eficiencia:

La eficiencia de los motores de imanes permanentes es entre 2 y 19 puntos porcentuales mayor que la de los motores tradicionales.
3) El motor de imán permanente de tierras raras tiene un Estructura simple y baja tasa de fallas.
4) Larga vida:

El rotor del motor de imán permanente adopta una estructura sellada integrada, lo que resulta beneficioso para reducir la fricción y la oxidación durante la rotación y mejorar la estabilidad y la vida útil del motor.

(4) El ciclo de recuperación de la sustitución de motores de imanes permanentes de tierras raras es de aproximadamente 1 a 2 años y los beneficios económicos son realmente obvios.

4. Las diferencias entre los motores de imanes permanentes de tierras raras y los motores tradicionales.

Un motor de imán permanente es un motor síncrono de CC/CA en el que el estator es un imán permanente y sólo el rotor es una bobina. El estator de un motor ordinario es una bobina (electroimán).

1) La naturaleza del campo magnético.

Una vez fabricado el motor de imán permanente, puede mantener su campo magnético sin energía externa; Los motores tradicionales necesitan corriente eléctrica para tener un campo magnético.

2) Ocasiones aplicables.

Los motores tradicionales necesitan accionar un mecanismo de reducción para lograr un par elevado, mientras que los motores de imanes permanentes de tierras raras pueden reemplazar el mecanismo de reducción para lograr un accionamiento directo.

3) El motor de imán permanente tiene poca vibración y buena estabilidad de funcionamiento.

4) Alta densidad de potencia y eficiencia.

En comparación con los motores ordinarios, los motores de imanes permanentes tienen una alta densidad de potencia, lo que significa principalmente que los motores de imanes permanentes son pequeños en tamaño y grandes en generación o salida de energía.

En comparación con los motores normales, el ahorro de energía puede alcanzar entre el 20% y el 40%. La estructura del rotor del motor de imán permanente es diferente a la del motor normal.

Los polos del imán permanente están instalados en el rotor del motor de imán permanente; la bobina de excitación está instalada en el rotor del motor normal y es necesario suministrar corriente al campo magnético.
En comparación con los motores tradicionales, cualquier punto de velocidad ahorra energía, especialmente a bajas velocidades.

5) Tamaño pequeño, peso ligero y baja temperatura.

El motor de imán permanente tiene una estructura simple.

Debido al uso de imanes permanentes de alto rendimiento para proporcionar el campo magnético, el campo magnético del entrehierro del motor de imán permanente mejora considerablemente en comparación con los motores ordinarios, mientras que el volumen y el peso de los motores de imán permanente se reducen considerablemente en comparación con los motores ordinarios. .

Los tamaños y formas también son flexibles. La excitación no eléctrica del rotor significa que no hay pérdidas ni generación de calor.

Por lo tanto, el aumento de temperatura de los motores de imanes permanentes es generalmente muy bajo.

6) Menor tasa de fracaso, ampliamente utilizada

Debido al uso de materiales magnéticos permanentes de tierras raras de alto rendimiento para proporcionar el campo magnético, la tasa de falla es menor y el uso es más común.

7) Gran par de arranque y buen rendimiento.

Dado que el devanado del rotor no funciona cuando el motor de imán permanente funciona normalmente, el devanado del rotor puede diseñarse para cumplir completamente los requisitos de un par de arranque elevado, por ejemplo, de 1.8 veces a 2.5 veces, o incluso mayor.

5. ¿Cuánto dura la vida útil del motor de imanes permanentes de tierras raras? ¿Se debilitará el magnetismo con el tiempo?

La vida útil del motor de imán permanente es generalmente de 15 a 20 años y la vida útil del motor depende principalmente del mantenimiento del usuario.

Además, la calidad del entorno de uso del motor de imán permanente y los factores como la electricidad, el magnetismo, el calor, la vibración y otros factores que recibe el motor durante el uso afectarán la vida útil del motor síncrono de imán permanente.

Los imanes generales tienen una vida útil. Cuando se usa durante una cierta cantidad de años, el magnetismo se debilitará, pero las propiedades magnéticas de los materiales de imanes permanentes de NdFeB cambian muy poco con el tiempo, y los imanes permanentes de tierras raras están dentro de la vida útil de diseño del motor (10 a 20 años).

La atenuación del rendimiento magnético es inferior al 3%. Según el diseño del motor existente y la tecnología de control electrónico, tiene poco impacto en el rendimiento general del motor.

Razones para la desmagnetización de motores de imanes permanentes:

01. Selección inadecuada de grados de acero magnético.

Si el cálculo del diseño del motor no es lo suficientemente preciso y se selecciona incorrectamente un grado inferior, como por ejemplo, se debe seleccionar el imán permanente de 180 °C pero se selecciona incorrectamente 155 °C, puede darse la siguiente situación: la prueba inicial El índice de registro del proceso de prueba es muy bueno. A medida que el motor tiende gradualmente a ser térmicamente estable, los indicadores relevantes del motor comienzan a deteriorarse y se desvían cada vez más de las expectativas de diseño. En cierto momento, la corriente aumenta bruscamente, el inversor se detiene rápidamente y se muestra un código de sobrecorriente. Pruebe nuevamente las características sin carga del motor, lo que indica que el motor ha perdido su magnetismo y que se debe reemplazar el acero magnético.

02. Sobrecalentamiento del problema de desmagnetización.

La pérdida de magnetismo por sobrecalentamiento es un tema delicado, y la disminución de las propiedades magnéticas de los imanes también puede provocar problemas de sobrecorriente y sobrecalentamiento. Si se excluye la influencia de las propiedades magnéticas del acero magnético y solo se considera el factor térmico, se puede determinar que hay dos situaciones en las que se producirá el fenómeno de desmagnetización por sobrecalentamiento: en primer lugar, la vía de ventilación de circulación en el motor es irrazonable, que viola la ley natural de conducción de frío y calor, lo que resulta en una acumulación de calor localizada; en segundo lugar, la carga de calor del devanado es demasiado alta y la generación de calor excede el nivel de intercambio de calor del sistema de intercambio de calor del motor.

03. El problema de la corriente de desmagnetización excesiva.

Cuando el motor está en funcionamiento, cuando la corriente de carga excede la capacidad antidesmagnetización del imán, provocará una desmagnetización irreversible del imán, lo que aumentará aún más la corriente de carga y agravará la desmagnetización irreversible del imán. Esta reciprocidad acelera la desmagnetización irreversible hasta la desmagnetización.

¿Cómo prevenir la desmagnetización de los motores de imanes permanentes?

01. Selección correcta de la potencia del motor de imanes permanentes:

La desmagnetización está relacionada con la selección de potencia de los motores de imanes permanentes. La selección correcta de la potencia del motor PM puede prevenir o retrasar la desmagnetización. La razón principal de la desmagnetización del motor síncrono de imán permanente es que la temperatura es demasiado alta y la sobrecarga es la razón principal de la alta temperatura. Por tanto, se debe dejar cierto margen a la hora de seleccionar la potencia del motor de imanes permanentes. Según la situación real de la carga, generalmente alrededor del 20% es más apropiado.

02. Evite arranques con cargas pesadas y arranques frecuentes:

Los motores síncronos de imanes permanentes intentan evitar el arranque directo o el arranque frecuente de cargas pesadas. Durante el proceso de arranque, el par de arranque oscila y, en la sección del valle del par de arranque, el campo magnético del estator desmagnetiza el polo magnético del rotor. Por lo tanto, trate de evitar la carga pesada y el arranque frecuente del motor síncrono de imán permanente.

03. Mejorar el diseño:

(1) Aumente adecuadamente el espesor del imán permanente:

Desde la perspectiva del diseño y fabricación de motores síncronos de imanes permanentes, se debe considerar la relación entre la reacción del inducido, el par electromagnético y la desmagnetización del imán permanente.

Bajo la acción combinada del flujo magnético producido por la corriente del devanado de torsión y el flujo magnético producido por el devanado de fuerza radial, los imanes permanentes en la superficie del rotor causan fácilmente la desmagnetización.

Bajo la condición de que el entrehierro del motor permanezca sin cambios, para garantizar que el imán permanente no se desmagnetice, el método más eficaz es aumentar adecuadamente el espesor del imán permanente.

(2) Hay un circuito de ranura de ventilación dentro del rotor para reducir el aumento de temperatura del rotor:

Si la temperatura del rotor es demasiado alta, el imán permanente provocará una pérdida irreversible de magnetismo. En el diseño estructural, el circuito de ventilación interno del rotor se puede diseñar para enfriar directamente el acero magnético. No sólo reduce la temperatura del acero magnético, sino que también mejora su eficiencia.