Жоғары тиімділік пен энергияны үнемдеу дәуірін басқаратын негізгі қозғаушы күш

Заманауи өнеркәсіптік жүйенің қос күштері мен жаңа энергетикалық революцияның әсерінен қозғалтқыштар энергияны түрлендірудің негізгі құрылғылары ретінде дәстүрлі электромагниттік магнит түрінен тұрақты магнит түрлеріне дейін технологиялық итерациядан өтеді.Тұрақты магнитті қозғалтқыштар, жоғары тиімділік, кішірейту және аз жоғалту сияқты керемет артықшылықтарымен жаңа энергетикалық көліктер, өнеркәсіптік автоматтандыру, ақылды үйлер және аэроғарыш өнеркәсібі сияқты салаларда «қуат жүрегіне» айналды, бұл энергияны адам өндірісінде және өмірінде пайдалану тәсілін түбегейлі өзгертті.

I. Тұрақты магнитті қозғалтқыштардың негізгі қағидасы: магнит өрістерімен қозғалатын энергетикалық революция

Тұрақты магнитті қозғалтқыштардың мәні дәстүрлі қозғалтқыштардағы қоздыру орамаларын ауыстыру үшін тұрақты магниттік материалдармен (мысалы, неодим темір бор, самарий кобальт және т.б.) тудыратын тұрақты магнит өрісін пайдалану және электромагниттік индукция арқылы электр энергиясы мен механикалық энергияны тиімді түрлендіруге қол жеткізу болып табылады. Оның жұмыс принципін «магниттік өрістің өзара әрекеттесуі» ретінде қорытындылауға болады: айнымалы ток статор орамасы арқылы өткеннен кейін айналмалы магнит өрісі пайда болады. Бұл магнит өрісі ротордағы тұрақты магниттердің тұрақты магнит өрісімен әрекеттеседі, роторды айналдыру үшін электромагниттік моментті тудырады, содан кейін сыртқы жүктемені жұмыс істеуге бағыттайды.

Дәстүрлі қоздыру қозғалтқыштарымен салыстырғанда, тұрақты магнитті қозғалтқыштар қоздыру орамдарын, сырғанау сақиналарын, щеткаларды және басқа компоненттерді жояды, құрылымдағы екі үлкен серпіліске қол жеткізеді: Біріншіден, олар қоздыру шығындарын жояды (қозғалтқыштың жалпы шығынының шамамен 10%-20% құрайды), энергияны түрлендіру тиімділігін айтарлықтай арттырады; Екіншіден, қозғалтқыш құрылымын жеңілдетеді, істен шығуды азайтады және қызмет ету мерзімін ұзартады. Мысал ретінде жаңа энергетикалық көліктердің жетек қозғалтқыштарын алайық. Тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштардың тиімділігі әдетте 90% -дан 97% -ға дейін жетуі мүмкін, бұл дәстүрлі асинхронды қозғалтқыштардың 85% -дан 90% -ға дейін әлдеқайда жоғары. Бұл олардың негізгі диск шешіміне айналуының негізгі себебі.

II. Техникалық артықшылықтар: қозғалтқыш өнімділігін өзгертудің төрт өлшемі

кең қолданылуытұрақты магнитті қозғалтқыштарөнімділік, өлшем, қуат тұтыну және сенімділік бойынша олардың жан-жақты жетістіктерінен туындайды, оларды төрт негізгі артықшылыққа арнайы жинақтауға болады:

1. Жоғары тиімділік және энергияны үнемдеу: барлық жұмыс жағдайында төмен жоғалту мүмкіндігі

Тұрақты магнитті қозғалтқыштар айналу жылдамдығының кең ауқымында жоғары тиімділікті сақтай алады, әсіресе ішінара жүктеме жағдайында (мысалы, қалалық көліктердегі жаңа энергетикалық көліктер), олардың тиімділік артықшылығы одан да айқынырақ. Мысал ретінде өнеркәсіптік өрісте жиі қолданылатын үш фазалы асинхронды қозғалтқышты алатын болсақ, сол қуатта тұрақты магнитті қозғалтқыштың жүктемесіз жоғалуын 50% -дан астамға азайтуға болады, ал жұмыс жоғалтуды 20% -дан 30% -ға дейін азайтуға болады. Ұзақ мерзімді пайдалану электр энергиясын көп үнемдеуге мүмкіндік береді. Халықаралық энергетика агенттігінің мәліметі бойынша, егер дүние жүзіндегі барлық өнеркәсіптік қозғалтқыштар тұрақты магнитті жоғары тиімді қозғалтқыштарға ауыстырылса, жыл сайын шамамен 120 миллион тонна көмірқышқыл газының шығарындыларын азайтуға болады.

2. Шағын және жеңіл: кеңістіктік шектеулерді бұзатын құрылымдық дизайн

Тұрақты магниттік материалдардың магнит ағынының тығыздығы дәстүрлі қоздыру орамдарынан әлдеқайда жоғары болғандықтан, тұрақты магнитті қозғалтқыштардың көлемі мен салмағын бірдей қуат кезінде 30% -дан 50% -ға дейін азайтуға болады. Бұл артықшылық әсіресе ғарыш пен салмаққа сезімтал аэроғарыш және медициналық құрылғылар сияқты салаларда өте маңызды. Мысалы, дрондарда қолданылатын тұрақты магнитті қозғалтқыштардың салмағы дәстүрлі қозғалтқыштарға қарағанда тек жартысы ғана, бірақ олар жоғары қуат тығыздығын ұсына алады, бұл олардың төзімділігін айтарлықтай арттырады.

3. Төмен шу және жоғары сенімділік: техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтудың операциялық артықшылығы

Тұрақты магнитті қозғалтқыштарда щеткалар мен сырғанау сақиналары сияқты оңай тозатын бөлшектер жоқ. Олардың роторының құрылымы қарапайым. Жұмыс кезінде олардың дірілі мен шуы төмен (әдетте 60 децибелден төмен) және олардың істен шығу жылдамдығы дәстүрлі қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда төмен. Өнеркәсіптік өндірістік желілерде тұрақты магнитті қозғалтқыштардың істен шығуы арасындағы орташа уақыт (MTBF) 100 000 сағаттан астамға жетуі мүмкін, бұл дәстүрлі қозғалтқыштарға қарағанда 2-3 есе көп, бұл жабдықты ұстауға кететін шығындар мен тоқтап қалу шығындарын айтарлықтай азайтады.

4. Жылдамдықты реттеудің кең ауқымы: көптеген сценарийлерге бейімделген басқару икемділігі

Векторлық басқару, айнымалы жиілікті жылдамдықты реттеу және басқа технологиялар арқылы тұрақты магнитті қозғалтқыштар жоғары жылдамдықты реттеу дәлдігімен (қате 0,5%-дан аз) және жылдам жауап беру жылдамдығымен (миллисекунд деңгейі) 0-ден 10 000 RPM-ге дейінгі жылдамдықты кең ауқымды реттеуге қол жеткізе алады. Бұл мүмкіндік оған әртүрлі сценарийлердің талаптарын қанағаттандыруға мүмкіндік береді: жаңа энергетикалық көліктерде ол төмен жылдамдықтағы жоғары айналу моменті мен жоғары жылдамдықты тиімді круиз арасында үздіксіз ауысуға қол жеткізе алады. Дәлдік станоктарда ол өңдеу дәлдігін қамтамасыз ету үшін тұрақты төмен жылдамдықтағы жұмысты қамтамасыз ете алады.

III. Қолдану өрістері: Бүкіл өнеркәсіптік тізбекке енетін қуатты түрлендіру

Өнеркәсіптік өндірістен күнделікті өмірге, жердегі тасымалдаудан аэроғарышқа дейін тұрақты магнит қозғалтқыштары әртүрлі салалардағы технологиялық жаңартулардың негізгі қозғаушы күшіне айналды. Олардың негізгі қолдану сценарийлеріне мыналар жатады:

1. Жаңа энергетикалық көліктер: жетек жүйелері үшін негізгі таңдау

Қазіргі уақытта бүкіл әлем бойынша таза электрлік көліктер мен гибридті көліктердің 90%-дан астамы жетекші қозғалтқыш ретінде тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштарды пайдаланады. Мысалы, Tesla Model 3 және BYD Han сияқты негізгі модельдердің барлығы қуатты қуатты қамтамасыз етіп қана қоймайды (0-100 км/сағ 2,1 секундқа дейін жылдам), сонымен қатар аз энергия тұтынуға (бар болғаны 11,9 кВт/сағ.) қол жеткізуге мүмкіндік беретін өнімділігі жоғары тұрақты магнит қозғалтқыштарымен жабдықталған. төмен карбонизация.

2. Өндірістік автоматтандыру: Өндіріс тиімділігін арттыруға арналған негізгі жабдықтар

Өнеркәсіп саласында тұрақты магнитті қозғалтқыштар станоктарда, роботтарда, желдеткіштерде, су сорғыларында және басқа жабдықтарда кеңінен қолданылады. Мысал ретінде өнеркәсіптік роботтарды алайық. Түйіндерде қолданылатын тұрақты магнитті сервоқозғалтқыштар жоғары дәлдіктегі позицияны анықтауға (±0,001 мм қайталау дәлдігімен) және жылдам реакцияға қол жеткізе алады, бұл роботтарға күрделі құрастыру, дәнекерлеу және басқа тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді және өндіріс тиімділігін айтарлықтай арттырады. Сонымен қатар, тұрақты магнит қозғалтқыштарымен жұмыс істейтін желдеткіштер мен сорғылар дәстүрлі қозғалтқыштармен салыстырғанда энергияны 20% -дан 40% -ға дейін үнемдей алады, бұл жыл сайын өнеркәсіптік кәсіпорындар үшін электр энергиясының үлкен мөлшерін үнемдейді.

3. Ақылды үй және тұтынушылық электроника: пайдаланушы тәжірибесін оңтайландыруға арналған негізгі компоненттер

Күнделікті өмірде тұрақты магнит қозғалтқыштары тұрмыстық техника мен цифрлық өнімдер сияқты өрістерге еніп кетті. Мысалы, ақылды кір жуғыш машиналарда қабылданған тұрақты магнитті тұрақты қозғалтқыш жылдамдықты қадамсыз реттеуге қол жеткізе алады, нәтижесінде жуу біркелкі және шуды төмендейді. Ноутбуктің салқындату желдеткіші микро тұрақты магнитті қозғалтқышты қабылдайды, ол тек тиын өлшемі ғана, бірақ тиімді салқындату әсерін қамтамасыз ете алады және құрылғының тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

4. Аэроғарыш және ұлттық қорғаныс: экстремалды ортадан өтуге техникалық қолдау көрсету

Аэроғарыш саласында тұрақты магнитті қозғалтқыштар олардың жоғары сенімділігі мен экстремалды орталарға төтеп беру қабілетіне байланысты (-60 ℃-ден 200 ℃ температура диапазонында жұмыс істейді) спутниктік қозғалысты басқаруда, ұшқышсыз ұшу аппаратының (ҰҰА) қозғалғыштығында, зымырандарды басқару жүйелерінде және т.б. кеңінен қолданылады. Мысалы, Қытайдың Chang 'e-5 ай зонды тасымалдайтын тұрақты магнит қозғалтқышы айдағы төтенше температура айырмашылығы жағдайында тұрақты жұмыс істеп, үлгіні қайтару миссиясы үшін маңызды қуат қолдауын қамтамасыз етті.

Iv. Даму міндеттері мен болашақ тенденциялары: жоғары өнімділікке бағытталған технологиялық серпілістер

Тұрақты магнитті қозғалтқыштар керемет жетістікке жеткенімен, олар әлі де даму процесінде кейбір қиындықтарға тап болады: Біріншіден, тұрақты магниттік материалдар импортқа сүйенеді. Әлемдегі жоғары өнімді неодим темір бор тұрақты магниттік материалдарының 90% -дан астамы Қытайда шығарылады, бірақ сирек жер ресурстарының тапшылығы мен бағасының ауытқуы саланың тұрақтылығына әсер етуі мүмкін. Екіншіден, жоғары температура тұрақтылығы жеткіліксіз. Дәстүрлі неодим темір борының тұрақты магниттік материалдары жоғары температурада магнитсізденуге бейім, бұл олардың аэроқозғалтқыштар мен атом өнеркәсібі сияқты жоғары температуралық сценарийлерде қолданылуын шектейді. Үшіншіден, құны салыстырмалы түрде жоғары. Жоғары өнімді тұрақты магниттік материалдардың бағасы дәстүрлі электромагниттік материалдардан 5-10 есе жоғары, бұл қозғалтқыштардың өндірістік құнын арттырады.

Осы қиындықтарға жауап ретінде тұрақты магнитті қозғалтқыштардың болашақ дамуы үш негізгі бағытта өтеді:

1. Жаңа тұрақты магниттік материалдарды зерттеу және әзірлеу: ресурстар мен өнімділік шектеулерін бұзу

Ғылыми мекемелер сирек жер ресурстарына тәуелділікті азайту және экстремалды ортада қозғалтқыштардың тұрақтылығын арттыру үшін сирек жерсіз тұрақты магниттік материалдарды (мысалы, темір-азот және темір-кобальт тұрақты магниттік материалдар) және жоғары температураға төзімді тұрақты магниттік материалдарды (самарий кобальт тұрақты магниттік материалдарының жетілдірілген нұсқалары сияқты) белсенді түрде әзірлеуде. Мысалы, АҚШ Энергетика министрлігі әзірлеген темір-азот тұрақты магниттік материалы неодим темір борына жақын магниттік қасиеттерге ие және құрамында сирек жер элементтері жоқ, бұл шығындарды 40%-дан астамға азайтады.

2. Интеллект және интеграция: қозғалтқыш жүйелерінің өнімділігін арттыру

Болашақта тұрақты магнитті қозғалтқыштар интеллектуалды бақылау мен бейімделу реттеуге қол жеткізу үшін Интернет заттарымен және жасанды интеллект технологияларымен терең интеграцияланады. Мысалы, өнеркәсіптік қозғалтқыштарды сенсорлар арқылы жұмыс күйін нақты уақыт режимінде бақылауға болады және жылдамдықты реттеу стратегияларын оңтайландыру үшін AI алгоритмдерімен біріктіріліп, энергия тұтынуды одан әрі азайтуға болады. Сонымен қатар, контроллерлері мен редукторлары бар қозғалтқыштардың біріктірілген дизайны (мысалы, жаңа энергетикалық көліктердегі «көп-бірде» электр жетек жүйесі) көлем мен салмақты айтарлықтай азайтады және жүйенің тиімділігін арттырады.

3. Жасыл өндіріс және қайта өңдеу: тұрақты өнеркәсіптік тізбекті құру

Төмен көміртекті дамуға қол жеткізу үшін тұрақты магнитті мотор индустриясы өндіріс процесінде ластануды азайту үшін еріткішсіз жабын және төмен температурада агломерация процестері сияқты жасыл өндіріс технологияларын қолдануға ықпал етеді. Бұл ретте тұрақты магниттік материалдарды қайта өңдеу жүйесі құрылуы керек. Бөлшектеу және тазарту сияқты технологиялар арқылы сирек жер ресурстарын қайта өңдеуге қол жеткізуге болады, бұл бастапқы ресурстарға тәуелділікті азайтады.

Қорытынды

Өнеркәсіптік революцияның бу қуатынан бастап электр дәуірінің электромагниттік қозғалтқыштарына дейін, ал енді тұрақты магнит қозғалтқыштарына дейін адамзаттың тиімді қуатқа ұмтылуы ешқашан тоқтаған емес. Жаңа энергетикалық революцияның және Индустрия 4.0 негізгі технологияларының бірі ретінде тұрақты магнитті қозғалтқыштар энергияны пайдалану тиімділігін арттыру және төмен көміртекті дамуды ынталандыру кілті ғана емес, сонымен қатар жоғары деңгейлі өндіріске қол жеткізу және технологиялық блокадаларды бұзу үшін маңызды қолдау болып табылады. Жаңа материалдар мен интеллектуалды технологиялардағы үздіксіз серпілістермен тұрақты магнит қозғалтқыштары көбірек салаларда құндылық жасайды және адамзат қоғамының тұрақты дамуына үздіксіз «жасыл қуат» ағынын енгізеді.