چرا موتورهای سنکرون آهنربای دائم به موتورهای محرک اصلی تبدیل می‌شوند؟

چرا موتورهای سنکرون آهنربای دائم به موتورهای محرک اصلی تبدیل می‌شوند؟

موتور الکتریکی می‌تواند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند و انرژی مکانیکی را از طریق سیستم انتقال قدرت به چرخ‌ها منتقل کند تا خودرو را به حرکت درآورد. این یکی از سیستم‌های محرک اصلی خودروهای انرژی نو است. در حال حاضر، موتورهای محرک رایج در خودروهای انرژی نو عمدتاً موتورهای سنکرون آهنربای دائم و موتورهای آسنکرون AC هستند. اکثر خودروهای انرژی نو از موتورهای سنکرون آهنربای دائم استفاده می‌کنند. شرکت‌های خودروسازی نماینده شامل BYD، Li Auto و غیره هستند. برخی از خودروها از موتورهای آسنکرون AC استفاده می‌کنند. موتورهای الکتریکی نماینده شرکت‌های خودروسازی مانند تسلا و مرسدس بنز هستند.

یک موتور آسنکرون عمدتاً از یک استاتور ثابت و یک روتور چرخان تشکیل شده است. هنگامی که سیم پیچ استاتور به منبع تغذیه AC متصل می‌شود، روتور می‌چرخد و نیرو تولید می‌کند. اصل اصلی این است که وقتی سیم پیچ استاتور انرژی می‌گیرد (جریان متناوب)، یک میدان الکترومغناطیسی چرخان تشکیل می‌دهد و سیم پیچ روتور یک هادی بسته است که به طور مداوم خطوط القایی مغناطیسی استاتور را در میدان مغناطیسی چرخان استاتور قطع می‌کند. طبق قانون فارادی، هنگامی که یک هادی بسته خط القایی مغناطیسی را قطع می‌کند، جریانی تولید می‌شود و جریان یک میدان الکترومغناطیسی تولید می‌کند. در این زمان، دو میدان الکترومغناطیسی وجود دارد: یکی میدان الکترومغناطیسی استاتور متصل به جریان متناوب خارجی و دیگری با قطع خط القایی الکترومغناطیسی استاتور تولید می‌شود. میدان الکترومغناطیسی روتور. طبق قانون لنز، جریان القایی همیشه در برابر علت جریان القایی مقاومت می‌کند، یعنی سعی کنید از قطع خطوط القایی مغناطیسی میدان مغناطیسی چرخان استاتور توسط هادی‌های روی روتور جلوگیری کنید. نتیجه این است: هادی‌های روی روتور به میدان مغناطیسی استاتور می‌رسند. میدان الکترومغناطیسی دوار به این معنی است که روتور میدان مغناطیسی دوار استاتور را تعقیب می‌کند و در نهایت موتور شروع به چرخش می‌کند. در طول این فرآیند، سرعت چرخش روتور (n2) و سرعت چرخش استاتور (n1) از همگام‌سازی خارج می‌شوند (اختلاف سرعت حدود 2-6٪ است). بنابراین، به آن موتور AC ناهمزمان می‌گویند. در مقابل، اگر سرعت چرخش یکسان باشد، به آن موتور سنکرون می‌گویند.

موتور سنکرون آهنربای دائم نیز نوعی موتور AC است. روتور آن از فولاد با آهنرباهای دائمی ساخته شده است. هنگامی که موتور کار می‌کند، استاتور برای تولید یک میدان مغناطیسی دوار انرژی می‌گیرد تا روتور را به چرخش وادار کند. "همزمان‌سازی" به این معنی است که چرخش روتور در حالت پایدار با سرعت چرخش میدان مغناطیسی هماهنگ می‌شود. موتورهای سنکرون آهنربای دائم نسبت توان به وزن بالاتری دارند، اندازه کوچکتری دارند، وزن سبک‌تری دارند، گشتاور خروجی بزرگتری دارند و سرعت حد و عملکرد ترمز عالی دارند. بنابراین، موتورهای سنکرون آهنربای دائم امروزه به پرکاربردترین وسیله نقلیه الکتریکی تبدیل شده‌اند. با این حال، هنگامی که ماده آهنربای دائم در معرض لرزش، دمای بالا و جریان اضافه بار قرار می‌گیرد، ممکن است نفوذپذیری مغناطیسی آن کاهش یابد یا ممکن است مغناطیس‌زدایی رخ دهد که ممکن است عملکرد موتور آهنربای دائم را کاهش دهد. علاوه بر این، موتورهای سنکرون آهنربای دائم از مواد خاکی کمیاب استفاده می‌کنند و هزینه تولید آنها پایدار نیست.

در مقایسه با موتورهای سنکرون آهنربای دائم، موتورهای آسنکرون هنگام کار نیاز به جذب انرژی الکتریکی برای تحریک دارند که این امر باعث مصرف انرژی الکتریکی و کاهش راندمان موتور می‌شود. موتورهای آهنربای دائم به دلیل افزودن آهنرباهای دائم گران‌تر هستند.

مدل‌هایی که موتورهای آسنکرون AC را انتخاب می‌کنند، تمایل دارند به عملکرد اولویت دهند و از مزایای عملکرد خروجی و راندمان موتورهای آسنکرون AC در سرعت‌های بالا بهره ببرند. مدل نمونه، مدل اولیه S است. ویژگی‌های اصلی: هنگامی که خودرو با سرعت بالا حرکت می‌کند، می‌تواند عملکرد پرسرعت و استفاده کارآمد از انرژی الکتریکی را حفظ کند و در عین حال حداکثر توان خروجی را حفظ کند، مصرف انرژی را کاهش دهد.

مدل‌هایی که موتورهای سنکرون آهنربای دائم را انتخاب می‌کنند، تمایل دارند مصرف انرژی را در اولویت قرار دهند و از خروجی عملکرد و عملکرد کارآمد موتورهای سنکرون آهنربای دائم در سرعت‌های پایین استفاده کنند، که آنها را برای خودروهای کوچک و متوسط ​​مناسب می‌کند. ویژگی‌های آن اندازه کوچک، وزن سبک و عمر باتری طولانی است. در عین حال، عملکرد تنظیم سرعت خوبی دارد و می‌تواند در مواجهه با روشن و خاموش شدن‌های مکرر، شتاب‌گیری و کاهش سرعت، راندمان بالا را حفظ کند.

موتورهای سنکرون آهنربای دائم غالب هستند. طبق آمار "پایگاه داده ماهانه زنجیره صنعت خودروهای انرژی نو" که توسط موسسه تحقیقات صنعت پیشرفته (GGII) منتشر شده است، ظرفیت نصب شده داخلی موتورهای محرک خودروهای انرژی نو از ژانویه تا آگوست 2022 تقریباً 3.478 میلیون دستگاه بوده است که نسبت به سال گذشته 101 درصد افزایش داشته است. در میان آنها، ظرفیت نصب شده موتورهای سنکرون آهنربای دائم 3.329 میلیون دستگاه بوده است که نسبت به سال گذشته 106 درصد افزایش داشته است. ظرفیت نصب شده موتورهای آسنکرون AC 1.295 میلیون دستگاه بوده است که نسبت به سال گذشته 22 درصد افزایش داشته است.

موتورهای سنکرون آهنربای دائم به موتورهای محرک اصلی در بازار خودروهای سواری تمام الکتریکی تبدیل شده‌اند.

با توجه به انتخاب موتور برای مدل‌های اصلی در داخل و خارج از کشور، خودروهای انرژی نو که توسط شرکت‌های داخلی SAIC Motor، Geely Automobile، Guangzhou Automobile، BAIC Motor، Denza Motors و غیره عرضه می‌شوند، همگی از موتورهای سنکرون آهنربای دائم استفاده می‌کنند. موتورهای سنکرون آهنربای دائم عمدتاً در چین استفاده می‌شوند. اول، به این دلیل که موتورهای سنکرون آهنربای دائم عملکرد خوب در سرعت پایین و راندمان تبدیل بالا دارند که برای شرایط کاری پیچیده با استارت و استاپ‌های مکرر در ترافیک شهری بسیار مناسب هستند. دوم، به دلیل وجود آهنرباهای دائمی نئودیمیوم آهن بور در موتورهای سنکرون آهنربای دائم. این مواد نیاز به استفاده از منابع خاکی کمیاب دارند و کشور من 70٪ از منابع خاکی کمیاب جهان را در اختیار دارد و کل تولید مواد مغناطیسی NdFeB به 80٪ از جهان می‌رسد، بنابراین چین بیشتر مشتاق استفاده از موتورهای سنکرون آهنربای دائم است.

شرکت‌های خارجی تسلا و بی‌ام‌و از موتورهای سنکرون آهنربای دائم و موتورهای آسنکرون AC برای توسعه مشترک استفاده می‌کنند. از منظر ساختار کاربرد، موتور سنکرون آهنربای دائم انتخاب اصلی برای وسایل نقلیه انرژی جدید است.

هزینه مواد آهنربای دائم حدود 30٪ از هزینه موتورهای سنکرون آهنربای دائم را تشکیل می‌دهد. مواد اولیه برای تولید موتورهای سنکرون آهنربای دائم عمدتاً شامل نئودیمیوم آهن بور، ورق‌های فولادی سیلیکونی، مس و آلومینیوم است. در میان آنها، ماده آهنربای دائم نئودیمیوم آهن بور عمدتاً برای ساخت آهنرباهای دائم روتور استفاده می‌شود و ترکیب هزینه آن حدود 30٪ است. ورق‌های فولادی سیلیکونی عمدتاً برای ساخت قطعات سفارشی استفاده می‌شوند. ترکیب هزینه هسته روتور حدود 20٪ است. ترکیب هزینه سیم‌پیچ استاتور حدود 15٪ است. ترکیب هزینه شفت موتور حدود 5٪ است. و ترکیب هزینه پوسته موتور حدود 15٪ است.

چرا هستند؟کمپرسور هوای پیچی با موتورهای آهنربای دائمی OSGکارآمدتر؟

موتور سنکرون آهنربای دائم عمدتاً از اجزای استاتور، روتور و پوسته تشکیل شده است. مانند موتورهای AC معمولی، هسته استاتور دارای ساختار چندلایه است تا تلفات آهن ناشی از جریان گردابی و اثرات هیسترزیس هنگام کار موتور را کاهش دهد. سیم‌پیچ‌ها نیز معمولاً ساختارهای متقارن سه فاز هستند، اما انتخاب پارامتر کاملاً متفاوت است. قسمت روتور اشکال مختلفی دارد، از جمله روتور آهنربای دائم با قفس سنجابی راه‌انداز و روتور آهنربای دائم خالص توکار یا نصب شده روی سطح. هسته روتور را می‌توان به صورت یک ساختار جامد یا چندلایه ساخت. روتور مجهز به ماده آهنربای دائم است که معمولاً آهنربا نامیده می‌شود.

در حالت عادی عملکرد موتور آهنربای دائم، میدان‌های مغناطیسی روتور و استاتور در حالت سنکرون قرار دارند. هیچ جریان القایی در قسمت روتور وجود ندارد و هیچ تلفات مسی روتور، هیسترزیس یا تلفات جریان گردابی وجود ندارد. نیازی به در نظر گرفتن مشکل تلفات و گرمایش روتور نیست. به طور کلی، موتور آهنربای دائم توسط یک مبدل فرکانس ویژه تغذیه می‌شود و طبیعتاً دارای عملکرد شروع نرم است. علاوه بر این، موتور آهنربای دائم یک موتور سنکرون است که ویژگی تنظیم ضریب توان از طریق شدت تحریک را دارد، بنابراین ضریب توان را می‌توان با مقدار مشخصی طراحی کرد.

از نقطه نظر راه اندازی، به دلیل اینکه موتور آهنربای دائم توسط یک منبع تغذیه فرکانس متغیر یا یک اینورتر پشتیبان راه اندازی می شود، فرآیند راه اندازی موتور آهنربای دائم بسیار آسان است؛ این فرآیند شبیه به راه اندازی یک موتور فرکانس متغیر است و از عیوب راه اندازی موتورهای آسنکرون قفسی معمولی جلوگیری می کند.

به طور خلاصه، راندمان و ضریب توان موتورهای آهنربای دائمی می‌تواند بسیار بالا باشد، ساختار آنها بسیار ساده است و بازار آنها در ده سال گذشته بسیار داغ بوده است.

با این حال، قطع تحریک یک مشکل اجتناب‌ناپذیر در موتورهای آهنربای دائم است. وقتی جریان خیلی زیاد یا دما خیلی بالا باشد، دمای سیم‌پیچ‌های موتور فوراً بالا می‌رود، جریان به شدت افزایش می‌یابد و آهنرباهای دائم به سرعت تحریک خود را از دست می‌دهند. در کنترل موتور آهنربای دائم، یک دستگاه حفاظت اضافه جریان برای جلوگیری از مشکل سوختن سیم‌پیچ استاتور موتور تنظیم شده است، اما قطع تحریک و خاموش شدن تجهیزات ناشی از آن اجتناب‌ناپذیر است.