Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar neden ana tahrik motorları haline geldi?
Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürebilir ve bu mekanik enerjiyi şanzıman sistemi aracılığıyla tekerleklere aktararak aracı hareket ettirebilir. Yeni enerji araçlarının temel tahrik sistemlerinden biridir. Şu anda yeni enerji araçlarında yaygın olarak kullanılan tahrik motorları, esas olarak kalıcı mıknatıslı senkron motorlar ve AC asenkron motorlardır. Yeni enerji araçlarının çoğu kalıcı mıknatıslı senkron motorlar kullanmaktadır. Temsilci otomobil şirketleri arasında BYD, Li Auto vb. yer almaktadır. Bazı araçlar AC asenkron motorlar kullanmaktadır. Elektrik motorları ise Tesla ve Mercedes-Benz gibi otomobil şirketlerini temsil etmektedir.
Asenkron motor esas olarak sabit bir stator ve dönen bir rotordan oluşur. Stator sargısı alternatif akım güç kaynağına bağlandığında, rotor döner ve güç üretir. Temel prensip, stator sargısına enerji verildiğinde (alternatif akım), dönen bir elektromanyetik alan oluşturması ve rotor sargısının, statorun dönen manyetik alanındaki manyetik indüksiyon çizgilerini sürekli olarak kesen kapalı bir iletken olmasıdır. Faraday yasasına göre, kapalı bir iletken manyetik indüksiyon çizgisini kestiğinde bir akım oluşur ve bu akım bir elektromanyetik alan oluşturur. Bu durumda iki elektromanyetik alan vardır: biri dış alternatif akıma bağlı stator elektromanyetik alanı, diğeri ise stator elektromanyetik indüksiyon çizgisinin kesilmesiyle oluşan rotor elektromanyetik alanıdır. Lenz yasasına göre, indüklenen akım her zaman indüklenen akımın nedenine karşı koyacak, yani rotor üzerindeki iletkenlerin statorun dönen manyetik alanındaki manyetik indüksiyon çizgilerini kesmesini engellemeye çalışacaktır. Sonuç olarak: rotor üzerindeki iletkenler statorun dönen elektromanyetik alanına "yetişir". Dönen elektromanyetik alan, rotorun statorun dönen manyetik alanını takip etmesi anlamına gelir ve sonunda motor dönmeye başlar. Bu süreçte, rotorun dönüş hızı (n2) ve statorun dönüş hızı (n1) senkronize değildir (hız farkı yaklaşık %2-6'dır). Bu nedenle, asenkron AC motor olarak adlandırılır. Aksine, dönüş hızları aynı ise, senkron motor olarak adlandırılır.
Kalıcı mıknatıslı senkron motor da bir AC motor türüdür. Rotoru, kalıcı mıknatıslarla kaplı çelikten yapılmıştır. Motor çalışırken, stator enerjilendirilerek rotorun dönmesini sağlayan dönen bir manyetik alan oluşturulur. "Senkronizasyon", kararlı durum çalışması sırasında rotorun dönüş hızının manyetik alanın dönüş hızıyla senkronize olması anlamına gelir. Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar daha yüksek güç-ağırlık oranına, daha küçük boyutlara, daha hafif ağırlığa, daha büyük çıkış torkuna ve mükemmel limit hız ve frenleme performansına sahiptir. Bu nedenle, kalıcı mıknatıslı senkron motorlar günümüzde elektrikli araçlarda en yaygın kullanılan elektrik motoru haline gelmiştir. Bununla birlikte, kalıcı mıknatıs malzemesi titreşime, yüksek sıcaklığa ve aşırı akıma maruz kaldığında, manyetik geçirgenliği azalabilir veya manyetik özelliğini kaybedebilir, bu da kalıcı mıknatıslı motorun performansını düşürebilir. Ayrıca, nadir toprak kalıcı mıknatıslı senkron motorlar nadir toprak malzemeleri kullanır ve üretim maliyeti istikrarlı değildir.
Kalıcı mıknatıslı senkron motorlarla karşılaştırıldığında, asenkron motorlar çalışırken uyarma için elektrik enerjisi emmek zorundadır; bu da elektrik enerjisi tüketimine ve motor verimliliğinin düşmesine neden olur. Kalıcı mıknatıslı motorlar, kalıcı mıknatısların eklenmesi nedeniyle daha pahalıdır.
AC asenkron motorları tercih eden modeller, performansa öncelik verme eğilimindedir ve yüksek hızlarda AC asenkron motorların performans çıkışı ve verimlilik avantajlarından yararlanır. Temsilci model, ilk Model S'tir. Başlıca özellikleri: Araç yüksek hızda giderken, yüksek hızda çalışmayı ve elektrik enerjisinin verimli kullanımını sürdürebilir, enerji tüketimini azaltırken maksimum güç çıkışını koruyabilir;
Kalıcı mıknatıslı senkron motorları tercih eden modeller, enerji tüketimine öncelik verir ve düşük hızlarda kalıcı mıknatıslı senkron motorların performans çıktısından ve verimli çalışmasından faydalanır; bu da onları küçük ve orta boy otomobiller için uygun hale getirir. Özellikleri arasında küçük boyut, hafiflik ve uzun pil ömrü bulunur. Aynı zamanda, iyi hız düzenleme performansına sahiptir ve tekrarlanan kalkış, duruş, hızlanma ve yavaşlama durumlarında yüksek verimliliği koruyabilir.
Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar hakim konumda. Gelişmiş Sanayi Araştırma Enstitüsü (GGII) tarafından yayınlanan "Yeni Enerji Araçları Sanayi Zinciri Aylık Veritabanı" istatistiklerine göre, Ocak-Ağustos 2022 döneminde yeni enerji araçları tahrik motorlarının yerli kurulu kapasitesi yaklaşık 3,478 milyon adet olup, bir önceki yıla göre %101 artış göstermiştir. Bunların arasında, kalıcı mıknatıslı senkron motorların kurulu kapasitesi 3,329 milyon adet olup, bir önceki yıla göre %106 artış göstermiştir; AC asenkron motorların kurulu kapasitesi ise 1,295 milyon adet olup, bir önceki yıla göre %22 artış göstermiştir.
Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar, tamamen elektrikli binek otomobil pazarında ana tahrik motorları haline geldi.
Yurt içi ve yurt dışındaki ana akım modeller için motor seçimlerine bakıldığında, yerli SAIC Motor, Geely Otomobil, Guangzhou Otomobil, BAIC Motor, Denza Motors vb. firmaların piyasaya sürdüğü yeni enerji araçlarının tamamında kalıcı mıknatıslı senkron motorlar kullanılmaktadır. Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar Çin'de ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Birincisi, kalıcı mıknatıslı senkron motorların düşük hız performansı ve yüksek dönüşüm verimliliğine sahip olması, kentsel trafikte sık sık dur kalk yapılan karmaşık çalışma koşulları için çok uygun olmalarıdır. İkincisi, kalıcı mıknatıslı senkron motorlardaki neodimyum demir bor kalıcı mıknatıslar nadir toprak kaynaklarının kullanımını gerektirir ve ülkemiz dünyanın nadir toprak kaynaklarının %70'ine ve NdFeB manyetik malzeme üretiminin %80'ine sahip olduğundan, Çin kalıcı mıknatıslı senkron motorların kullanımına daha fazla önem vermektedir.
Yabancı üreticiler Tesla ve BMW, kalıcı mıknatıslı senkron motorlar ve AC asenkron motorlar üzerinde iş birliği yaparak geliştirmeler yapmaktadır. Uygulama yapısı açısından bakıldığında, kalıcı mıknatıslı senkron motorlar yeni enerji araçları için ana tercih konumundadır.
Kalıcı mıknatıs malzemelerinin maliyeti, kalıcı mıknatıslı senkron motorların maliyetinin yaklaşık %30'unu oluşturmaktadır. Kalıcı mıknatıslı senkron motorların üretiminde kullanılan hammaddeler başlıca neodimyum demir bor, silikon çelik levhalar, bakır ve alüminyumdur. Bunlardan neodimyum demir bor esas olarak rotor kalıcı mıknatıslarının yapımında kullanılır ve maliyet bileşimi yaklaşık %30'dur; silikon çelik levhalar esas olarak özelleştirilmiş rotor çekirdeğinin maliyet bileşimi yaklaşık %20'dir; stator sargısının maliyet bileşimi yaklaşık %15'tir; motor milinin maliyet bileşimi yaklaşık %5'tir; ve motor gövdesinin maliyet bileşimi yaklaşık %15'tir.
Neden?OSG kalıcı mıknatıslı motorlar vidalı hava kompresörüDaha verimli mi?
Kalıcı mıknatıslı senkron motor esas olarak stator, rotor ve gövde bileşenlerinden oluşur. Sıradan AC motorlar gibi, stator çekirdeği, motor çalışırken girdap akımı ve histerezis etkilerinden kaynaklanan demir kayıplarını azaltmak için lamine bir yapıya sahiptir; sargılar da genellikle üç fazlı simetrik yapılardır, ancak parametre seçimi oldukça farklıdır. Rotor kısmı, başlangıç sincap kafesli kalıcı mıknatıslı rotor ve gömülü veya yüzeye monte edilmiş saf kalıcı mıknatıslı rotor dahil olmak üzere çeşitli biçimlere sahiptir. Rotor çekirdeği katı bir yapı veya lamine yapıda olabilir. Rotor, genellikle mıknatıs olarak adlandırılan kalıcı mıknatıs malzemesi ile donatılmıştır.
Kalıcı mıknatıslı motorun normal çalışması sırasında, rotor ve stator manyetik alanları senkronize haldedir. Rotor kısmında indüklenen akım yoktur ve rotor bakır kaybı, histerezis veya girdap akımı kaybı söz konusu değildir. Rotor kaybı ve ısınma sorununu dikkate almaya gerek yoktur. Genellikle, kalıcı mıknatıslı motor özel bir frekans dönüştürücü ile beslenir ve doğal olarak yumuşak başlatma fonksiyonuna sahiptir. Ayrıca, kalıcı mıknatıslı motor, uyarma şiddeti yoluyla güç faktörünü ayarlama özelliğine sahip bir senkron motordur, bu nedenle güç faktörü belirli bir değere göre tasarlanabilir.
Başlangıç açısından bakıldığında, daimi mıknatıslı motorun değişken frekanslı bir güç kaynağı veya destekleyici bir invertör ile çalıştırılması nedeniyle, daimi mıknatıslı motorun çalıştırma işlemi çok kolaydır; değişken frekanslı bir motorun çalıştırılmasına benzer ve sıradan kafesli asenkron motorların çalıştırma kusurlarını önler.
Özetle, kalıcı mıknatıslı motorların verimliliği ve güç faktörü çok yüksek seviyelere ulaşabilir, yapısı çok basittir ve son on yıldır piyasada oldukça rağbet görmektedir.
Ancak, kalıcı mıknatıslı motorlarda uyarma kaybı kaçınılmaz bir sorundur. Akım çok büyük veya sıcaklık çok yüksek olduğunda, motor sargılarının sıcaklığı anında yükselir, akım hızla artar ve kalıcı mıknatıslar hızla uyarma özelliğini kaybeder. Kalıcı mıknatıslı motor kontrolünde, motor stator sargısının yanması sorununu önlemek için aşırı akım koruma cihazı bulunur, ancak bunun sonucunda uyarma kaybı ve ekipmanın durması kaçınılmazdır.
Yayın tarihi: 12 Aralık 2023
