في عصر يتم تحديده بشكل متزايد من خلال الوعي بالطاقة وولايات الاستدامة ، فإن البحث عن محركات كهربائية فائقة الكفاءة وصلت إلى آفاق جديدة. اللجنة الكهروتقنية الدولية أي5 فئة الكفاءة يمثل ذروة كفاءة المحرك المتاحة تجاريا اليوم. من بين التقنيات القادرة على تحقيق وتجاوز هذا المعيار المتطلب باستمرار ، تبرز المحركات المتزامنة المغناطيسية الدائمة (بمسمز). مبادئ تصميم فريدة من نوعها فتح وفورات كبيرة في الطاقة والمزايا التشغيلية ، مما يجعلها التكنولوجيا المفضلة للتطبيقات الأكثر تطلبا.
يحدد معيار إيك 60034-30-1 فئات كفاءة المحرك (أي1 إلى أي5) ، مع إي 5 تمثل"الكفاءة الفائقة" الطبقة. يجب أن تكون محركات آي إي 5 أكثر كفاءة بنسبة 20 ٪ من متوسط محرك آي إي 3 (الكفاءة الممتازة) وحوالي 15 ٪ أكثر كفاءة من محركات آي إي 4 (الكفاءة الفائقة). يتطلب تحقيق آي إي 5 تقليل جميع الخسائر الكامنة داخل المحرك:
1. خسائر النحاس (ط & فوق 2 ؛ ص): خسائر مقاوم في الجزء الثابت والدوار اللفات.
2. خسائر الحديد (الخسائر الأساسية): التباطؤ والخسائر الحالية الدوامة في التصفيح الصلب المغناطيسي.
3. خسائر الحمل الضالة: خسائر إضافية بسبب التوافقيات والعيوب وتدفقات التسرب.
4. الاحتكاك وخسائر انحراف القذيفه بفعل الهواء: الخسائر الميكانيكية من المحامل ومقاومة الهواء.
5. خسائر الدوار: حاسمة في المحركات الحثية ، ولكن التقليل في بمسمس.
بمس تمتلك بطبيعتها الخصائص التي تتماشى تماما مع هدف إي 5 ، ولكن تحقيق ذلك يتطلب باستمرار الأمثل تصميم متطور:
1. ميزة المغناطيس الدائم:
& ثور; القضاء على الخسائر الدوار: السبب الأساسي بمسمس إكسيل. على عكس المحركات الحثية (إم) التي تتطلب مغنطة الحالية (خلق كبير أنا&سوب2 ؛ ص الخسائر في الدوار) ، بمسمس استخدام المغناطيس الدائم عالية الطاقة جزءا لا يتجزأ من أو التي شنت على الدوار لإنشاء المجال المغناطيسي. هذا يلغي تقريبا جميع الخسائر الكهربائية الدوار & ندش]; مساهما رئيسيا في عدم الكفاءة في نظام الرصد الدولي, خصوصا في الأحمال الجزئية.
والثور ؛ كثافة الطاقة العالية وعزم الدوران: مغناطيس قوي نادر الأرض (مثل النيوديميوم الحديد البورون - ندفيب) تمكين كثافة تدفق المغناطيسي عالية في الدوار المدمجة ، مما يؤدي إلى ارتفاع عزم الدوران الناتج لحجم إطار معين.
2. تصميم الجزء الثابت المتقدم:
والثور ؛ التصفيح عالية الجودة: رقيقة جدا ، وتستخدم عالية الجودة التصفيح الصلب الكهربائية (في كثير من الأحيان مع الطلاء المتخصصة) للحد بشكل كبير من الخسائر الأساسية (الحديد). تصاميم فتحة الأمثل تقليل الاختلافات كثافة تدفق.
& ثور; الدقة متعرجا: هي الأمثل اللفات المركزة أو الموزعة لمقاومة منخفضة (باستخدام أكبر النحاس المقاطع العرضية حيثما كان ذلك ممكنا) والحد الأدنى من المحتوى التوافقي. تضمن آلات اللف الأوتوماتيكية الاتساق والتعبئة الضيقة. يتم استخدام أنظمة العزل منخفضة الخسارة.
والثور ؛ الأمثل تصميم الكهرومغناطيسي: يتم استخدام متطورة تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) البرمجيات لنموذج بدقة وتحسين الدائرة المغناطيسية ، والتقليل من الخسائر الضالة وتعظيم الربط تدفق مع المغناطيس الدوار. يتم التحكم في أبعاد فجوة الهواء بإحكام.
3. الإدارة الحرارية:
& ثور; خسائر منخفضة = حرارة أقل: خسائر أقل بطبيعتها من تصميم بمسم تقليل توليد الحرارة بشكل ملحوظ.
التبريد المحسن: على الرغم من الخسائر المنخفضة ، يظل تبديد الحرارة الفعال أمرا بالغ الأهمية للموثوقية والحفاظ على الأداء. غالبا ما تتميز التصميمات بزعانف تبريد محسنة ، ومراوح تبريد متكاملة (غالبا ما يتم تشغيلها بشكل منفصل للحد الأدنى من استخدام الطاقة) ، وسترات تبريد سائلة بشكل متزايد للتطبيقات عالية الطاقة.
4. علم المواد:
& ثور ؛ مغناطيسات عالية الطاقة:توفر مغناطيسات ندفيب أعلى كثافة للطاقة ، وهي ضرورية لتصميمات مدمجة وعزم دوران عالي أي 5. البحث في مغناطيس أقل تكلفة أو أقل نادرة تعتمد على الأرض (على سبيل المثال ، الهجينة الفريت ، بدائل الكوبالت السماريوم) مستمر ولكن حاليا ، ندفيب يهيمن على المشهد إي 5 بمسم.
& ثور; انخفاض خسارة الصلب: التطوير المستمر للصلب الكهربائية مع انخفاض التباطؤ والخسائر الدوامة الحالية أمر حيوي.
تحقيق كامل الإمكانات والكفاءة فوائد 5 مسم يتطلب مراقبة دقيقة ، والتي يتم توفيرها حصرا من قبل المتطابقة محرك التردد المتغير (فد):
1. عملية متزامنة: فد يولد حقل مغناطيسي الدورية في الجزء الثابت متزامنة بدقة مع موقف المغناطيس الدائم الدوار (الكشف عنها من قبل أجهزة الاستشعار أو يقدر دون حس). هذا التزامن هو مفتاح كفاءة المحرك العالية والأداء الديناميكي.
2. التحكم الأمثل في التدفق: خوارزميات التحكم فد المتقدمة (مثل التحكم الموجه ميدانيا-فوك أو التحكم عزم الدوران المباشر - دتك) تحسين ناقلات الحالي الموالي نسبة إلى تدفق الدوار. هذا يقلل الحالي لانتاج عزم دوران معين, الحد بشكل كبير من الخسائر النحاس, خصوصا في الأحمال الجزئية &ندش]; حيث الرسائل الفورية هي غير فعالة المعروف.
3. عملية واسعة النطاق السرعة: يتيح بدء التشغيل الناعم (القضاء على تيار التدفق) والتحكم الدقيق في السرعة/عزم الدوران عبر نطاق التشغيل بأكمله.
4. القدرة على التجدد (اختياري): بعض فدس تسمح تغذية الطاقة الكبح مرة أخرى إلى الشبكة ، وزيادة تحسين كفاءة النظام في التطبيقات مع التباطؤ المتكرر.
إن الجمع بين الكفاءة الفائقة والحجم الصغير وكثافة الطاقة العالية والاستجابة الديناميكية الممتازة وكفاءة التحميل الجزئي الفائقة يجعل إي 5 بمسمس مثالية ل:
1. المضخات والمراوح: السيطرة على أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومعالجة المياه والعمليات الصناعية. تعتبر كفاءتها الفائقة في التحميل الجزئي ميزة كبيرة حيث تعمل هذه الأحمال غالبا بأقل من السعة الكاملة. يعد توفير الطاقة بنسبة 5-15 ٪ مقارنة بأنظمة آي إي 4 أمرا شائعا ، وغالبا ما يكون الاسترداد في غضون 1-3 سنوات.
2. الضواغط: ضواغط الهواء في أنظمة التصنيع والتبريد. الكفاءة العالية تترجم مباشرة إلى انخفاض تكاليف الهواء المضغوط ، وهو مستهلك رئيسي للطاقة الصناعية.
3. الناقلات ومناولة المواد: خاصة في الأنظمة التي تتطلب سرعة متغيرة وتحكما دقيقا وعزم دوران عالي. يمكن لمحركات التجدد التقاط طاقة الكبح على الناقلات المتدهورة.
4. أدوات الآلات: تعد الاستجابة الديناميكية العالية والتحكم الدقيق في السرعة والحجم الصغير أمرا بالغ الأهمية لمراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والمخارط والروبوتات.
5. السيارات الكهربائية (الجر): على الرغم من أن تصميمات السيارات متخصصة للغاية ، إلا أن المبادئ الأساسية للكفاءة العالية وكثافة الطاقة في نظام إدارة المركبات الكهربائية تعتبر أساسية لمحركات المركبات الكهربائية.
6. أنظمة الطاقة المتجددة: تستفيد المولدات في توربينات الرياح والمحركات المساعدة داخل محطات الطاقة الشمسية من الكفاءة العالية.
الثور; التكلفة الأولية: أي5 مسمس و فدس المطلوبة تمثل استثمارا مقدما أعلى مقارنة مع إي3 أو حتى إي4 المحركات الحثية. ومع ذلك ، فإن انخفاض تكاليف التشغيل بشكل كبير (توفير الطاقة) عادة ما يؤدي إلى تكلفة إجمالية مقنعة للملكية (تكو) والاسترداد السريع ، لا سيما في التطبيقات التي تعمل باستمرار.
الثور; الاعتماد على مغناطيس الأرض النادرة وتقلب التكلفة: الاعتماد على مغناطيس ندفيب يربط تكلفة المحرك إلى سوق الأرض النادرة المتقلبة ويثير مخاوف سلسلة التوريد. تتضمن استراتيجيات التخفيف تحسين التصميم لكتلة المغناطيس المنخفضة والبحث في تقنيات المغناطيس البديلة.
الثور; مخاطر إزالة المغناطيسية: يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة للغاية أو التيارات الخاطئة إلى إزالة مغناطيسية مغناطيس الدوار. التصميم الحراري الدقيق وحماية محرك الأقراص ضرورية.
الثور; متطلبات فد والتشويه التوافقي: يضيف فد الإلزامي التكلفة والتعقيد. فدس يمكن أيضا إدخال تشويه التوافقي في إمدادات الطاقة ، مما يتطلب التخفيف (مرشحات) في البيئات الحساسة.
الثور; تكامل النظام: يتطلب الأداء الأمثل مطابقة دقيقة للمحرك ، محرك الأقراص ، ونظام التحكم.
أي5 بمسم التكنولوجيا ليست نقطة النهاية. تشمل الاتجاهات ما يلي:
Gains مزيد من مكاسب الكفاءة: علم المواد المستمر (الفولاذ ، المغناطيس ، العزل) ، التحسين الكهرومغناطيسي ، وتقليل خسائر الاحتكاك/انحراف القذيفه بفعل الهواء.
- محركات السيارات المتكاملة( إمد): الجمع بين المحرك و فد في وحدة واحدة يقلل من الكابلات ، والخسائر ، والبصمة ، وتعقيد التثبيت.
- التبريد المتقدم: اعتماد أوسع للتبريد السائل لكثافة طاقة أعلى وإدارة حرارية أفضل.
- الرقمنة والمحركات الذكية: أجهزة استشعار مدمجة لدرجة الحرارة والاهتزاز ومراقبة الأداء ، مما يتيح الصيانة التنبؤية وإدارة الطاقة المحسنة.
- حلول المغناطيس المستدامة: تسريع تطوير المغناطيس مع انخفاض محتوى الأرض النادرة أو استخدام مواد أكثر وفرة.
آي 5 بي إم إس إم موتورز تمثل تحويلية قفزة في تكنولوجيا المحركات الكهربائية. من خلال الاستفادة من مزايا الكفاءة المتأصلة للمغناطيس الدائم جنبا إلى جنب مع التصميم الكهرومغناطيسي المتطور والمواد المتقدمة و مراقبة فد دقيقة، أنها توفر وفورات غير مسبوقة في الطاقة. في حين أن التكلفة الأولية أعلى ، فإن الانخفاض الكبير في نفقات التشغيل ، لا سيما في عزم الدوران المتغير وتطبيقات التشغيل المستمر مثل المضخات والمراوح والضواغط ، يضمن عائدا مقنعا على الاستثمار ومساهمة كبيرة في كفاءة الطاقة العالمية وأهداف خفض الكربون. مع تقدم التكنولوجيا والتكاليف المعتدلة, ومن المتوقع أن تصبح آي إي 5 بي إم إس إم إس المعيار الجديد للحركة الصناعية المستدامة عالية الأداء.
