Тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштардың энергияны үнемдеу қолданбаларындағы артықшылықтары қандай?

Тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыш конструкциясы энергия шығынын қалай азайтады

PMSM-дер біз көретін қалыпты индукциялық қозғалтқыштардағы ротор орамдарын жояды, бұл мыс орамдарынан пайда болатын жуық шамамен 25-30 пайызға шығындалатын кедергілерді жояды. Бұл қозғалтқыштар орнына сирек кездесетін жер магниттерін пайдаланады, сондықтан қосымша энергия қажет етпей-ақ магнит өрісін тұрақты ұстап тұрады. Бұл электрлік қоздырылатын ескі үлгілерге қарағанда қозғалтқыш белсенді жұмыс істемеген кезде шамамен 15-20 пайыз аз энергия шығындалатынын білдіреді. Толық конструкция магниттік тізбектердің жақсырақ пішінделуі арқасында орамалардағы шығындарды шамамен 40 пайызға дейін төмендетеді. Біз өткен жылы сульфидтік сорғыштарды жаңарту кезінде практикада осының жұмыс істейтінін Fluid Systems Journal зерттеуі бойынша көрдік.

Айнымалы жүктеме жағдайларында АС индукциялық қозғалтқыштарына қарағанда жоғарырақ пайдалы әрекет коэффициенті

PMSM дәл алаңды күштік басқару мүмкіндіктеріне байланысты 10-150% жүктеме диапазонында 94% жоғары тиімділікті сақтайды. Осыған қарама-қарсы, индукциялық қозғалтқыштар эскалаторлар мен орамалау құралдары сияқты қолданбалар үшін маңызды болып табылатын 50% төменгі жүктемеде 12-18% тиімділікті жоғалтады. Сенсорсіз векторлық басқару алгоритмдері тіпті асинхронды машиналардың шығындарын болдырмау үшін уақыт ырғағында ағынды реттеуге мүмкіндік береді.

Тиімділікті арттыру: кәдімгі қозғалтқыштармен салыстырғанда 5-10% жақсарту

Шын әлемдегі мысалдарға назар аударсақ, тұрақты магнитті моторлар стандартты IE4 индукциялық моторлармен салыстырғанда әрбір 10 ат күшіндегі компрессор үшін күніне шамамен 7,3 кВт·сағ электр энергиясын үнемдеуге бейім. Осы моторларды қосу арқылы жартылай өткізгіштердің жаңа технологиясын пайдалансақ, ол коммутация шығындарын шамамен 38 пайызға қысқартады, соның арқасында 2023 жылы Energy Technology Review журналының есебі бойынша жылу беру, желдету және кондиционерлеу жүйелерінде жүйенің жалпы пайдалы әсер коэффициенті 12-ден 15 пайызға дейін артты. Осы жақсартулардың бірігуі тамақ өңдеу кәсіпорындарының инвестицияларын қайтару уақытының бұрынғыдан шамамен 20% жылдам болуын күтуге мүмкіндік береді, бұл ұзақ мерзімді жұмыс шығындарын бағалаған кезде үлкен айырмашылық жасайды.

Сирек жер магниттерінің өзекшелік және мыс шығындарын азайтудағы рөлі

Неодим магниттері әдеттегі конструкциялармен салыстырғанда 60% жұқа, 0,35 мм-ге дейінгі ультра жұқа статордың пластинкаларын жасауға мүмкіндік береді, бұл вихрьлы ток шығындарын 55% азайтады. Олардың 1,4 Т қалдық ағыны тығыздығы статор орамдарын 30% қысқартуға мүмкіндік береді, мыс шығындарын 19% азайтады және бұранда тығыздығын сақтайды. Бұл материалдық артықшылықтар электр погрузчиктерінің PMSM қозғалтқыштарындағы жалпы шығындардың 65% құрайды (Materials Engineering, 2023).

Жоғары Қуат Тығыздығы және Компактты Жүйе Конструкциясы

Кіші габариттерде Үлкен Қуат Шығысын Қамтамасыз Ету

Тұрақты магнит синхронды қозғалтқыштар стандартты индукциялық қозғалтқыштарға қарағанда 40% артық айналыс моментінің тығыздығын шығарады, себебі олардың энергияны ағызатын роторлық қашықтары жоқ, олар магниттік өрістерді тиімдірек бағыттайды. Бұл қозғалтқыштарда сондай-ақ тесігі жоқ статорлар бар және мыс орамалары аз, сондықтан ішіндегі бос орын аз. Нәтижесінде, өнеркәсіптік нұсқалар жиі 5 кВт/кг-тан асатын қуаттылыққа ие болады. 2022 жылы жарияланған соңғы жылу менеджменті туралы зерттеу мұны растайды, жаңа магниттік материалдар инженерлерге аз қозғалтқыштарды жобалауға мүмкіндік береді, олар қызып кету мәселесін ойламайды. Көптеген өндірушілер осы артықшылықтарды байқап, өздерінің жабдықтарын бір уақытта қуатты да, шағын да етудің жолдарын іздей бастады.

Ғимаратқа шектелген қолданбалар үшін жобалау артықшылықтары

Өстік ағынды қозғалтқыштар роботтық иықтарға, HVAC компрессорларына және біз қазір кездестіретін күрделі аэрокосмостық итератылым жүйелеріне орнатуын жеңілдететін модульді конфигурациямен келеді. Дәстүрлі радиалды ағынды конструкциялармен салыстырғанда, бұл қозғалтқыштар ұзындықты 25% -дан 35%-ға дейін қысқартуы мүмкін. Кеңістікті үнемдеу инженерлерге тесік механизмдердің шектеулі кеңістігінде жұмыс істегенде нақты еркіндік береді. Мысалы, теңіз қозғалтқышын қарастырайық – қайықтар мен кемелерде корпус дизайндалуы және кеменің өнімділікті қамтамасыз ету үшін тасымалдай алатын салмағы үшін бірнеше сантиметрді үнемдеу өте маңызды.

Зерттеу жағдайы: Электр қозғалтқыштарының жетек жүйелеріне интеграциялау

Автокөлік жасаушылар тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштарға көшуде, себебі олар қозғалтқыш берілісінде шамамен 95% ПӘК-ке ие болып, әдеттегі асинхронды қозғалтқыштарға қарағанда ось бойынша шамамен 15% аз орын алады. Кіші габариттер электромобильдердің пайдаланушы кеңістігін немесе аккумулятор сыйымдылығын азайтпай, төрт дөңгелекті жетек үшін екі қозғалтқыш орнатуға мүмкіндік береді, бұл әрбір зарядтау кезінде электромобилдің жүретін қашықтығын арттырады. Бірнеше өндірушілердің сынақтарына сәйкес, бұл қозғалтқыштар жұмыс істеу ауқымының көпшілік бөлігінде ең жақсы өнімділік деңгейін сақтап, ескі қозғалтқыш түрлеріне қарағанда артықшылыққа ие, әсіресе қалалық трафикте тоқта-тоқта жүру кезінде.

Жоғары Жылдамдық Ауқымы және Дәлме-Дәл Басқару Мүмкіндіктері

Тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар (PMSM) кең жұмыс істеу жылдамдығы мен дәл басқаруды талап ететін қолдануларда үздік нәтиже береді. Олардың конструкциясы тұрақты магниттерді және электрондық өрісті реттеуді пайдаланып, индукциялық қозғалтқыштардан айырмашылығы, шекті нүктелерде пайдалы әрекет коэффициентінің төмендеуімен күресе отырып, 10:1 жылдамдық диапазонында моменттің тұрақтылығын сақтайды.

Кең жылдамдық диапазонында жұмыс істеу үшін дәл өрісті басқару

Дамыған векторлық басқару алгоритмдері PMSM-дегі магниттік өрістерді динамикалық түрде реттейді, бұл төменгі жылдамдықтағы дәл операциялар мен жоғары жылдамдықтағы жұмыстар арасындағы үздіксіз ауысуды қамтамасыз етеді. Соңғы зерттеулер дәстүрлі жетектік жүйелермен салыстырғанда жылдамдық өзгерісінің 25% азайғанын көрсетті. Бұл реакциялық қабілет CNC механикалық өңдеуде ±0,1 RPM дәлдігі беткі қабат сапасына тікелей әсер ететіндіктен, PMSM-ді идеалды етеді.

Жоғары дәлдікті өнеркәсіптік және автоматтандыру жүйелеріндегі артықшылықтар

PMSM-дегі ротордың сырғанауын жою қозғалтқыш жылдамдығы мен басқару сигналдары арасында нақты уақыт режимінде синхрондауды қамтамасыз етеді. Автоматтандырылған орамалау желілері бұл қасиетті пайдаланып, сервожүйелерге қарағанда энергия тұтынуды 18% азайтса, 99,95% дәлме-дәл орын ауыстыруды қамтамасыз етеді.

Сенсорсіз басқару тенденцияларының жұмыс істеу икемділігін жақсарту

Қазіргі кездегі бағалау алгоритмдері тамақ өнеркәсібі зауыттары сияқты қатаң орталарда физикалық сенсорларсыз энкодерлік дәлдікті көшіре алады және осылайша техникалық қызмет көрсету шығындарын 40% азайтады. Бұл инновация тұрақты магниттік технологияның табиғи тиімділік артықшылықтарын сақтай отырып, орнату нұсқаларын кеңейтеді.

Электромобильдер мен қайта қалпына келтірілетін энергия жүйелеріндегі негізгі қолданулар

Қозғалтқыштың тиімділігі арқылы электромобильдердің жүру қашықтығын ұзарту

PMSM немесе тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар электрлік көліктердің жүру қашықтығын әлдеқайда жақсартады, себебі олар шамамен 95-97 пайызға дейінгі ПӘК-пен жұмыс істейді. Бұл индукциялық қозғалтқыштармен салыстырғанда шамамен 8-12 пайыздық ұпайға жоғары. Бұл қозғалтқыштардың ерекшелігі – ротордың инерциясының шамамен болмауы, яғни автомобиль үдеу кезінде энергия аз шығындалады. Қалалық трафикте автомобильдер тұрақты түрде тоқтап, қайтадан қозғалып тұратын жағдайда бұл өте маңызды. 2024 жылғы соңғы «Электромобильді қозғалыс» шолуына сәйкес, PMSM қондырғылары бар автомобильдер ескі қозғалтқыш технологиялары бар ұқсас модельдерге қарағанда шамамен 18% артық жол жүре алады. Электромобильдің зарядталуына дейін қанша жол жүре алатынын ойланатындар үшін мұндай жақсару күнделікті практикалық пайдалануда үлкен айырмашылық жасайды.

Төмен жел жылдамдығында жел энергиясын максималды ұстау

Тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар (PMSM) айналу моментін дәл реттеу қабілетіне байланысты жел үш метр секундына жылдамдықпен соққан кезде де шамамен 85 пайыз сапа қамтамасыз етеді. Бұлар дәстүрлі тісті дөңгелектерге негізделген жүйелерден ерекшеленеді, себебі олар жел қозғалысын тікелей желбағандардан алып, қосымша механикалық бөлшектерсіз электр энергиясына айналдырады. «Wind Energy Systems Analysis» есебі нақты осы артықшылықты түсінікті түрде көрсетіп береді. Бұл практикада не дегенді білдіреді? Жыл бойы жел күшті соқпайтын аймақтарда PMSM қолданатын орнатылымдар ескірген екіжақты қоздырылатын индукциялық генератор технологиясына сүйенетін орнатылымдармен салыстырғанда жылына шамамен 22% артық энергия жинауға бейім болады. Сондықтан көптеген жаңа жел электр станциялары осындай ауысуға көшіп отыр.

Күн энергиясымен жұмыс істейтін HVAC және басқа да тұрақты ғимарат жүйелерінде қолдану

PMSM келесілер арқылы күн энергиясымен жұмыс істейтін HVAC жүйелерінің энергия тұтынуын 27-33% дейін төмендетеді:

• Күн сәулесінің өзгеруіне сәйкес келетін айнымалы жылдамдықты компрессорды басқару
• дәстүрлі қозғалтқыштармен салыстырғанда 40% төмен старттық ток көтерілуі
• Торапта орнатылған жүйелерде 50 000 сағаттан астам қызмет көрсетусіз жұмыс істеу

Бұл пайдалы әсер коэффициенті индукциялы қозғалтқышты жүйелерді қолданатын жобаларға қарағанда коммерциялық ғимараттардың энергияны таза түрде қолдану күйіне 1,8 жыл ертерек жетуіне мүмкіндік береді.

Төмен операциялық құны және Ұзақ мерзімді Тұрақты даму Әсері

Коммерциялық және Өнеркәсіптік Қолданыстардағы Өмірлік Циклды Құн Үнемдеуі

Өндірістік және коммерциялық орталарда тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар қызмет көрсетудің арасындағы уақыт ұзақ болуы мен қызмет көрсетудің азырақ қажеттілігіне байланысты тіршілік циклының құнын едәуір төмендетеді. Бұл қозғалтқыштарда щеткалар болмайды, сондықтан коллектордың тозуы болмайды, сонымен қатар олар аз қыздырады, яғни орамдардың изоляциясы көп ұзамай жұмыс істейді. Нәтижесінде дәстүрлі индукциялық қозғалтқыштармен салыстырғанда қызмет көрсетуге кететін шығындар шамамен 30-40 пайызға төмендейді, әсіресе машиналар тоқтаусыз жұмыс істейтін зауыттар немесе серверлер фермалары сияқты орындар үшін маңызды. 2023 жылғы соңғы зерттеу нәтижелерін бірнеше ет өңдеу кешендері бойынша қарағанда, операторлар он бес жыл ішінде әрбір қозғалтқыш үшін $180 мыңға жуық үнемдеуіне қол жеткізді, себебі ескі қозғалтқыш технологияларында қажет болатын бөлшектердің ауыстырылуы мен бұзылулардың алдын алу арқылы.

Деректер талдауы: АСЖҚ электр энергиясының тұтынуын 20-35% азайту

Бұл технология жұмыс шығындарын азайтады, өйткені ол жұмысты тиімдірек етеді. Біз коммерциялық ғимараттардағы жылу, желдету және кондиционерлік жүйелер бойынша 20%-дан 35%-ға дейін шығынды көріп отырмыз. Өткен жылғы Орталық батыстағы бір аурухана желісін дәлел ретінде алыңыз. Олар ауамен жұмыс істейтін қондырғыларында ескі қозғалтқыштарды тұрақты магниттермен алмастырды және жыл сайын электр энергиясын 28 пайызға үнемдеді. Бұл олардың барлық нысандарында жыл сайын жұмсалатын 2,1 миллион долларға жуық ақшаны азайтады. Бұл ақшаның денсаулық сақтау саласына қалай әсер ететіні туралы ойласаңыз, таңғажайып.

Қоршаған ортаға пайдалы және сирек кездесетін жер материалдарымен байланысты мәселелерді теңестіру

Тұрақты магнитті қозғалтқыштар энергияны пайдалану тиімділігі арқасында көміртек шығарындыларын қатты төмендетеді. Сандар да елеулі: он жыл ішінде әрбір 100 ат күшіндегі қозғалтқыш 450 тонна CO2-ті үнемдейді. Бірақ бұл тарихтың тағы бір жағы бар, оны өнеркәсіп қазір қарқынды шешіп жатыр. Олар магниттерді қайта өңдеу бағдарламаларын ұйымдастырды, бұл қолданылған материалдардың шамамен 92-95 пайызын қалпына келтіреді. Өнімнің сапасы ең маңызды емес бөліктері үшін компаниялар ферритті материалдардан жасалған альтернативалар әзірлеп жатыр. Қозғалтқыш жасаушылар сонымен қатар дизпрозийдің пайдаланылуын ескі модельдерге қарағанда шамамен 40 пайызға дейін азайтатындай етіп конструкцияларды жетілдірді. Барлық осы жақсартулар энергияны үнемдеудің пайдасын қазір қолдануға мүмкіндік береді және бір уақытта өндірістің болашақтағы тұрақты практикасын назарда ұстауға мүмкіндік береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

PMSM дегеніміз не?
Тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар (PMSM) — бұл тұрақты магниттерді пайдаланып, тұрақты магниттік өріс туғызатын қозғалтқыштар, олар дәстүрлі индукциялық қозғалтқыштармен салыстырғанда жоғарырақ ПӘК-ке ие болуға және энергия шығынын азайтуға ықпал етеді.

Электр көліктеріндегі PMSM-дер энергияның пайдалы әсер коэффициентін қалай жақсартады?
PMSM-дер электр көліктерінде ротордың инерциясын минималдандыру арқылы және моменттің пайдалы әсер коэффициентін максималдандыру арқылы энергияның пайдалы әсер коэффициентін жақсартады, нәтижесінде жүру қашықтығы ұзарып, ұзақ уақыт қызмет етеді.

Жаңартылатын энергия жүйелерінде неге индукциялық қозғалтқыштардан гөрі PMSM-дер ұсынылады?
PMSM-дер жаңартылатын энергия жүйелерінде төмен жел жылдамдығында жоғары ПӘК-ті сақтай алу қабілеті мен механикалық компоненттерге деген қажеттілікті азайту арқылы жүйенің жалпы ПӘК-ін арттыратындықтан ұсынылады.

PMSM-дерде сирек кездесетін материалдарды пайдаланудың қандай қиыншылықтары бар?
Осындай қиыншылықтарға сирек кездесетін материалдарды өндірудің экологиялық әсері мен олардың құны жатады. Дегенмен, осы мәселелерді шешу үшін қайта өңдеу бағдарламалары мен альтернативті материалдар әзірленіп жатыр.