Phạm vi ứng dụng của động cơ điện

Trong số các loại động cơ điện, loại được sử dụng rộng rãi nhất là động cơ không đồng bộ xoay chiều (còn gọi là động cơ cảm ứng). Nó thuận tiện khi vận hành, đáng tin cậy về hiệu suất, tiết kiệm chi phí- và có cấu trúc chắc chắn nhưng có hệ số công suất tương đối thấp và khó điều chỉnh tốc độ. Đối với các ứng dụng năng lượng-công suất cao, tốc độ{4}}thấp, động cơ đồng bộ (xem động cơ đồng bộ) thường được sử dụng. Động cơ đồng bộ không chỉ có hệ số công suất cao mà còn duy trì tốc độ không phụ thuộc vào cường độ tải, chỉ được xác định bởi tần số lưới điện. Họ hoạt động với sự ổn định cao hơn. Trong các trường hợp yêu cầu kiểm soát tốc độ-trong phạm vi rộng, động cơ DC thường được sử dụng. Tuy nhiên, chúng có đặc điểm là cổ góp, cấu trúc phức tạp, chi phí cao và thách thức bảo trì, khiến chúng không phù hợp với môi trường khắc nghiệt. Kể từ những năm 1970, những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử công suất đã hoàn thiện công nghệ điều chỉnh tốc độ động cơ AC, giảm chi phí thiết bị và cho phép áp dụng rộng rãi. Công suất định mức của động cơ đề cập đến công suất cơ học tối đa mà động cơ có thể duy trì trong các chu kỳ hoạt động được chỉ định (hoạt động liên tục,{13}}thời gian ngắn hoặc định kỳ gián đoạn) mà không bị quá nhiệt và các thông số vận hành phải tuân thủ các thông số kỹ thuật trên bảng tên. Trong quá trình vận hành, điều cần thiết là phải kết hợp đặc tính tải với hiệu suất của động cơ để tránh hiện tượng chạy lệch hoặc chết máy. Động cơ điện trải rộng trên phạm vi công suất rộng, từ miliwatt đến megawatt. Hoạt động và điều khiển của chúng rất thuận tiện, có tính năng tự khởi động, tăng tốc, phanh, lùi và giữ. Thông thường, công suất đầu ra của động cơ thay đổi theo tốc độ quay trong quá trình điều chỉnh tốc độ.

Động cơ hiệu suất cao có thể thay thế động cơ dòng JO2 bằng động cơ không đồng bộ AC dòng Y mà không bị hạn chế đáng kể bởi các loại động cơ. Do đó, tất cả các ứng dụng liên quan đến động cơ không đồng bộ AC đều có thể được thay thế bằng động cơ dòng Y. Tiềm năng thị trường của động cơ dòng Yx bị giới hạn bởi công suất của chúng. Về nguyên tắc, động cơ không đồng bộ AC có công suất dưới 90kW có thể được thay thế bằng động cơ dòng Yx hiệu suất cao. Công suất lắp đặt của động cơ không đồng bộ AC dưới 90kW chiếm khoảng 30% tổng công suất động cơ không đồng bộ AC.

Trong thập kỷ qua, chính phủ Trung Quốc đã cam kết thúc đẩy công nghệ điều chỉnh tốc độ động cơ, công nghệ này đã được áp dụng ở nhiều mức độ khác nhau trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Theo các cuộc khảo sát mẫu được thực hiện bởi các ngành như dầu khí, điện, vật liệu xây dựng, thép, kim loại màu, than đá, hóa chất, sản xuất giấy và dệt may, các ngành dầu khí, vật liệu xây dựng và hóa chất đã đạt được những ứng dụng tương đối tốt hơn về điều chỉnh tốc độ động cơ. Trong số 400 triệu kW tải động cơ, khoảng 50% chịu sự biến động của tải, trong đó 30% những biến động này có thể giải quyết được thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ. Do đó, chỉ xét riêng công suất thị trường, có một thị trường tiềm năng cho khoảng 60 triệu kW động cơ-điều chỉnh tốc độ. Tổng công suất lắp đặt của nhiều loại động cơ tại Trung Quốc đã vượt quá 400 triệu kW, trong đó động cơ không đồng bộ chiếm khoảng 90%, động cơ cỡ nhỏ và{11}trung bình chiếm khoảng 80% và động cơ dẫn động quạt, máy bơm, máy nén và các máy móc tương tự có tổng công suất khoảng 130 triệu kW. Động cơ cỡ nhỏ và vừa{15}}hiện có hơn 152 dòng, 842 loại và hơn 4.000 thông số kỹ thuật. Trong những năm gần đây, các bộ phận liên quan như ngành công nghiệp máy móc đã thúc đẩy mạnh mẽ các nỗ lực bảo tồn năng lượng của động cơ, tổ chức các viện nghiên cứu và doanh nghiệp thiết kế và phát triển nhiều loại động cơ tiết kiệm năng lượng. Các biện pháp quản lý đã được ban hành nhằm loại bỏ dần 63 mẫu động cơ-tiêu thụ{25}}năng lượng cao và thúc đẩy 24 mẫu động cơ tiết kiệm năng lượng-, đạt được những kết quả nhất định. Các sản phẩm tiết kiệm năng lượng này chủ yếu được chia thành hai loại: một là động cơ có hiệu suất cao được thiết kế để cải thiện hiệu suất của động cơ và loại còn lại là động cơ được điều chỉnh tốc độ.

Động cơ DC không chổi than bao gồm thân động cơ và bộ truyền động, khiến nó trở thành một sản phẩm tích hợp cơ điện điển hình. Các cuộn dây stato của động cơ hầu hết được kết nối theo cấu hình sao đối xứng ba pha-rất giống với cấu hình của động cơ không đồng bộ ba pha-. Rôto của động cơ được trang bị nam châm từ hóa vĩnh viễn. Để phát hiện cực tính của rôto động cơ, một cảm biến vị trí được lắp bên trong động cơ. Bộ truyền động bao gồm các thiết bị điện tử công suất và các mạch tích hợp, cùng với các thiết bị khác, và các chức năng của nó bao gồm: nhận tín hiệu khởi động, dừng và phanh từ động cơ để điều khiển hoạt động của nó; tiếp nhận tín hiệu cảm biến vị trí và tín hiệu tiến/lùi để điều chỉnh sự chuyển mạch của các ống nguồn trong cầu biến tần, từ đó tạo ra mômen xoắn liên tục; nhận tín hiệu lệnh tốc độ và phản hồi để điều khiển, điều chỉnh tốc độ quay; và cung cấp các chức năng bảo vệ và hiển thị, cùng nhiều chức năng khác.

Vì động cơ DC không chổi than hoạt động ở chế độ tự điều khiển nên chúng không yêu cầu cuộn dây khởi động bổ sung trên rôto giống như động cơ đồng bộ trong điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi và cũng không gặp phải dao động hoặc bước khi thay đổi tải. Đối với động cơ DC không chổi than có công suất trung bình và nhỏ-, nam châm vĩnh cửu thường được làm từ vật liệu boron sắt neodymium đất (Nd-Fe-năng lượng cao hiếm-neodymium sắt (Nd-Fe{7}}B). Do đó, động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu-đất hiếm có kích thước khung hình nhỏ hơn động cơ không đồng bộ ba pha{10}}có cùng công suất. Trong ba thập kỷ qua, nghiên cứu về điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi cho động cơ không đồng bộ về cơ bản tập trung vào việc tìm cách kiểm soát mô-men xoắn của chúng. Động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu đất hiếm chắc chắn sẽ thể hiện những ưu điểm trong việc điều chỉnh tốc độ do phạm vi tốc độ rộng, kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao và lỗi tốc độ ở trạng thái ổn định ở mức tối thiểu. Động cơ DC không chổi than, kế thừa các đặc tính của động cơ DC chổi than đồng thời hoạt động như thiết bị chuyển đổi tần số, còn được gọi là bộ biến tần DC, với thuật ngữ được quốc tế công nhận là BLDC. Xét về hiệu suất vận hành, mô-men xoắn ở tốc độ thấp và độ chính xác về tốc độ, động cơ DC không chổi than hoạt động tốt hơn bất kỳ bộ biến tần nào có công nghệ điều khiển, khiến chúng đáng được ngành quan tâm. Sản phẩm này đã được sản xuất với công suất vượt quá 55kW và có thể được thiết kế lên tới 400kW, đáp ứng nhu cầu công nghiệp về giải pháp tiết kiệm năng lượng và{21}}hiệu suất cao.