Двигателите с възбуждане (известни също като „двигатели с електрическо възбуждане“) и двигателите с постоянен магнит са два основни типа в областта на електрическите двигатели, класифицирани въз основа на методите за генериране на магнитно поле. Съществуват значителни разлики между двете по отношение на източници на магнитно поле, структурен дизайн, работни характеристики и приложими сценарии. Следното предоставя подробен сравнителен анализ от три измерения: основни характеристики, ключови разлики и приложими сценарии, за да помогне за изясняване на основните разлики и логиката на приложението между двете.
1. Основна характеристика: Анализирайте основните свойства на два типа двигатели поотделно
(1) Възбуждащ двигател (електрически възбуждащ двигател): "Външно захранване генерира магнитно поле"
Магнитното поле на двигател с възбуждане се генерира чрез захранване на намотката на възбуждане (намотка), вместо да се разчита на постоянни магнити. Неговите основни характеристики се въртят около "регулируемото магнитно поле":
Източник на магнитно поле
Допълнителна "система за възбуждане" (включително намотка за възбуждане, захранване за възбуждане, регулатор) е необходима за генериране на електромагнитно поле като основно магнитно поле на двигателя чрез предаване на постоянен ток към намотката на възбуждане на ротора/статора.
01
Структурна сложност
Страната на ротора обикновено включва възбуждаща намотка, която изисква предаване на външно захранване и ток на въртяща се намотка чрез контактни пръстени и въглеродни четки (или безчеткови структури за възбуждане) (безчетковите структури могат да намалят износването, но дизайнът е по-сложен); За регулиране на тока на възбуждане е необходим контролер на възбуждане.
02
Гъвкавост на производителността
Силата на магнитното поле може да се регулира прецизно чрез промяна на тока на възбуждане, като по този начин гъвкаво контролира скоростта, въртящия момент и изходното напрежение на двигателя (като генераторът може стабилно да извежда напрежение и двигателят може да постигне широкообхватно регулиране на скоростта); Възбуждането може да се регулира динамично според изискванията за натоварване, за да се оптимизира ефективността при различни работни условия (като намаляване на тока на възбуждане и минимизиране на загубите при леки натоварвания).
03
Загуба и поддръжка
Има "загуба на възбуждане" (загуба на мед, причинена от захранване на намотката на възбуждане), а общата ефективност е малко по-ниска от тази на двигатели с постоянен магнит със същата мощност; Ако се използва структура на въглеродна четка с хлъзгащ пръстен, въглеродната четка е склонна към износване и изисква редовна подмяна и поддръжка и може да генерира искри (не е подходящо за -взривобезопасни сценарии).
04
Разходни характеристики
Няма нужда от материали с постоянни магнити, като се избягва високият риск от колебания на цените на редкоземните постоянни магнити, а предимството на разходите за материали на моделите с висока-мощност (като ниво на мегават) е по-очевидно; Въпреки това, поради системата за възбуждане и сложната структура, общата цена на моделите с малка и средна мощност може да бъде по-висока от тази на двигателите с постоянен магнит.
05
(2) Двигател с постоянен магнит: „Постоянните магнити имат собствено магнитно поле“
Основното магнитно поле на двигател с постоянен магнит се осигурява от постоянни магнити като неодимов железен бор, самариев кобалт и ферит, без необходимост от външен възбуждащ ток. Неговите основни характеристики се въртят около "структурно опростяване и ефективност":
①Източник на магнитно поле:В зависимост от присъщия магнетизъм на постоянните магнити (постоянните магнити поддържат магнитно поле дълго време след намагнитването без необходимост от допълнително захранване), силата на основното магнитно поле се определя от свойствата на материала на постоянните магнити.
②Простота на структурата:Няма намотка за възбуждане, контактен пръстен и въглеродна четка от страната на ротора (основният поток е "синхронен двигател с постоянен магнит", а роторът съдържа само постоянни магнити), което прави структурата по-компактна, по-малка по размер и по-лека по тегло; Не е необходима система за възбуждане и системата за управление е сравнително проста (трябва да се контролира само токът на котвата, без да се регулира възбуждането).
③Стабилност на производителността:Без загуба на възбуждане, висока ефективност на работа (особено за модели с малка и средна мощност, ефективността е 5% -15% по-висока от тази на двигатели с възбуждане със същите спецификации); Силата на магнитното поле се определя от присъщите характеристики на постоянния магнит и не може да се регулира динамично (изходът трябва да бъде индиректно регулиран чрез векторно управление на тока на котвата и обхватът на скоростта е ограничен от стратегията за управление); Съществува риск от размагнитване на постоянния магнит: високата температура, силните вибрации и прекомерният ток на арматурата могат да причинят разпадане на магнита или постоянно размагнитване на постоянния магнит, което да повлияе на живота на двигателя.
④Износване и поддръжка:Няма проблем с износването на въглеродните четки, дълъг цикъл на поддръжка (изисква само рутинна проверка, няма нужда от честа смяна на уязвими части); Загубите на мед без възбуждане, загубите на желязо и механичните загуби са основните източници на загуби и предимството на ефективността е по-значимо при ниски-скоростни условия на леко натоварване.
⑤Разходни характеристики:Разчитайки на редкоземни постоянни магнитни материали (като неодимов железен бор), разходите за материали представляват голям дял (около 30% -50%), а колебанията в цените на редките земни елементи ще повлияят пряко върху цената на двигателите; Опростяването на структурата намалява разходите за производство и сглобяване, а общата цена на моделите с малка и средна мощност (като ниво на kW) може да бъде по-ниска от тази на двигателите с възбуждане.
2. Сравнение на ключови разлики: ясно разграничаване в табличен формат
| Сравняване на размерите | Възбуждащ двигател (електрическо възбуждане) | Двигател с постоянен магнит (синхронен/асинхронен с постоянен магнит) |
| Метод за генериране на магнитно поле | Възбуждащата намотка е под напрежение (изисква външно захранване за възбуждане) | Присъщ магнетизъм на постоянните магнити (не е необходимо захранване след намагнитване) |
| Основна структура | Включително намотка за възбуждане, контактен пръстен/въглеродна четка (или безчетково възбуждане), контролер за възбуждане | Съдържа постоянен магнит (ротор), без възбуждаща намотка и контактен пръстен/въглеродна четка |
| Регулиране на магнитното поле | Може да се регулира точно чрез ток на възбуждане (гъвкав) | Нерегулируем (в зависимост от характеристиките на постоянния магнит, изискващ непряка настройка чрез векторно управление) |
| Ниво на ефективност | По-ниска (със загуби на възбуждане), по-добра ефективност при условия на-висока мощност | Висока (без загуба на възбуждане), значителни предимства при ефективност на малка и средна мощност/леко натоварване |
| Изисквания за поддръжка | Високо (Въглеродната четка трябва да се сменя редовно, системата за възбуждане се нуждае от поддръжка) | Нисък (без уязвими части, изискващи само рутинна поддръжка) |
| Структура на разходите | Ниски разходи за материали (без постоянни магнити), високи разходи за структура/контрол | Високи разходи за материали (редкоземни постоянни магнити), ниски разходи за структура/контрол |
| Приспособимост към околната среда | Структурата на контактния пръстен е склонна към искри (не е подходяща за взривообезопасени/прашни сценарии) | Без риск от искри (приложимо за взривообезопасени-и чисти среди) |
| Риск от размагнитване | Не (магнитно поле, генерирано от ток, изчезва след прекъсване на захранването) | Да (висока температура, силна вибрация, свръхток може да причини демагнетизиране на постоянни магнити) |
3.Приложим сценарий: Намерете оптималния избор въз основа на търсенето
(1) Мотор за възбуждане: подходящ за търсенето на "висока мощност, силно регулиране, ниска флуктуация на разходите"
①Мащабни системи за генериране на електроенергия, като топлинни/хидроелектрически генератори (ниво MW) и вятърни турбини (асинхронни модели с двойно захранване), изискват стабилно изходно напрежение и могат да се адаптират към промените в натоварването на мрежата чрез регулиране на възбуждането.
②Тежко индустриално задвижване: като минни трошачки, големи стоманодобивни мелници и двигатели за задвижване на кораби (висока мощност, висок въртящ момент, изискващи широкообхватно регулиране на скоростта и високият дял на разходите за редкоземни елементи е неикономичен)
③Сценарии с ниско напрежение и висок ток: като DC двигатели в електролитната алуминиева индустрия, които могат точно да контролират въртящия момент чрез регулиране на възбуждането и да избегнат риска от демагнетизиране на постоянни магнити при високи токове.
④Сценарии, които са чувствителни към разходите и нямат ограничения за поддръжка, като традиционни индустриални вентилатори и водни помпи (които не изискват изключителна ефективност и могат да приемат редовна поддръжка с въглеродни четки).
(2) Мотор с постоянен магнит: подходящ за нуждите на "висока ефективност, ниска поддръжка и компактно пространство"
①Задвижване на ново енергийно превозно средство: като задвижващи двигатели за изцяло електрически превозни средства и хибридни превозни средства (изискващи висока плътност на мощността, висока ефективност, ограничено пространство/тегло и без изисквания за поддръжка).
②Индустриални серво системи: като шарнири на роботи, прецизни шпиндели на машинни инструменти (изискващи високо-прецизно регулиране на скоростта, ниски вибрации и високата чувствителност и ниските загуби на двигателите с постоянен магнит са по-подходящи).
③ Домакински/търговски уреди: като компресори за климатици, двигатели на перални машини, двигатели на дронове (малка до средна мощност, висока ефективност, могат да намалят консумацията на енергия и потребителите нямат толерантност към поддръжка).
④Специални приложения в околната среда: като медицинско оборудване (мотори на оборудване за ЯМР), взриво{0}}защитени мотори за работилници (без искри, с ниска поддръжка, подходящи за чисти/опасни среди).
⑤Ниско производство на енергия от възобновяеми енергийни източници, като малки фотоволтаични инвертори и преносими генератори (високата ефективност може да подобри използването на енергия, компактната структура е лесна за инсталиране).
4.Обобщение
(1) Избор на двигател с възбуждане:Когато търсенето е за „висока мощност, силно регулиране на магнитното поле и избягване на рисковете от разходите за редкоземни елементи“ и определено ниво на поддръжка е приемливо (като например в-мащабни промишлени области и полета за производство на електроенергия), възбуждащият двигател е по-практичен избор.
(2) Избор на двигатели с постоянен магнит:Когато търсенето е „висока ефективност, ниска поддръжка, малък размер/леко“ и толерантността към колебания в разходите е висока (като например в областта на новата енергия, прецизното производство и домакинското оборудване), двигателите с постоянен магнит имат повече предимства.
Посоката на технологична итерация и за двете също е ясна: двигателите с възбуждане се развиват към „безчеткови“ (намаляване на поддръжката) и „ефективен контрол на възбуждането“, докато двигателите с постоянни магнити пробиват към „редкоземни постоянни магнитни материали“ (намаляване на разходите) и „устойчивост на висока температура и демагнетизация“ (подобряване на надеждността).
