Выбор двигателя не сводится к выбору самого дорогого: комплексный анализ сценариев применения синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) 

На фоне того, что промышленная интеллектуализация и экологичное энергосбережение становятся основными тенденциями, синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) постепенно заменяют традиционные двигатели в качестве предпочтительного источника питания для множества устройств благодаря своим основным преимуществам: высокой эффективности, энергосбережению и стабильной работе.

Однако многие пользователи склонны впадать в заблуждение, считая, что «чем выше параметры, тем лучше» и «слепо следуя тенденции, выбирать высококлассные модели» в процессе выбора. На самом деле, ключ к выбору двигателя заключается в точном подборе — разные условия работы и разные устройства предъявляют совершенно разные требования к двигателям. Правильный выбор позволяет снизить затраты и повысить эффективность, а неправильный может привести к потере производительности или частым сбоям.

Основываясь на основной логике выбора, ключевых сценариях применения и моментах, позволяющих избежать ошибок, эта статья поможет вам быстро найти синхронный двигатель с постоянными магнитами, который соответствует вашим потребностям.

I. Основные принципы выбора автомобиля: сосредоточьтесь на 3 ключевых факторах Во-первых, не слепо следуйте за трендами

Основной принцип выбора синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM) заключается в соответствии фактическим эксплуатационным требованиям. Нет необходимости стремиться к чрезмерному набору высококлассных параметров. Сосредоточившись на трех основных аспектах, вы сможете быстро определить правильное направление подбора:

1. Определите нагрузку и эксплуатационные характеристики.
Определите, работает ли двигатель в непрерывном и стабильном режиме (например, вентиляторы, водяные насосы) или требует частых циклов запуска-остановки, ускорения и замедления (например, роботы, станки).
Для оборудования, работающего в непрерывном режиме, отдавайте приоритет стабильной эффективности.
Для приложений с частыми запусками и остановками сосредоточьтесь на пиковом крутящем моменте и динамической скорости отклика, чтобы предотвратить долгосрочные отказы, вызванные перегрузкой.

2. Соответствие условиям окружающей среды и установки
Оцените, ограничено ли пространство для установки:
Для оборудования с ограниченным пространством, такого как транспортные средства на новых источниках энергии и дроны, отдавайте предпочтение легким моделям с высокой удельной мощностью.
Для суровых условий эксплуатации, связанных с влажностью, запыленностью или высокими температурами (например, цеха химических заводов, оборудование для работы на открытом воздухе), выбирайте двигатели с классом защиты IP65 или выше, которые обладают термостойкостью и коррозионной стойкостью. Это предотвращает размагничивание постоянных магнитов и повреждение двигателя.

3. Обеспечьте совместимость системы.
Двигатель должен быть совместим с драйвером и системой управления. Убедитесь, что метод управления (например, векторное управление) и диапазон напряжения/тока полностью совпадают. Не стоит слепо выбирать высокотехнологичные системы управления — для большинства стандартного оборудования достаточно базовых драйверов, что позволяет эффективно сократить расходы.

II. Основные сценарии применения: выбор двигателей в зависимости от условий эксплуатации для обеспечения точности и экономической эффективности

Преимущества синхронных двигателей с постоянными магнитами наиболее заметны в определенных сценариях. Вместо того, чтобы усложнять выбор по отраслям промышленности, просто подберите двигатель в соответствии с основными условиями эксплуатации:

1. Сценарии энергосберегающей модернизации
(например, вентиляторы, водяные насосы, компрессоры и другое оборудование общего назначения)

Эти устройства являются основными потребителями энергии в промышленности, и основная потребность в них заключается в снижении затрат и повышении энергоэффективности. ПМСМ обеспечивают на 15–25 % более высокую эффективность по сравнению с традиционными асинхронными двигателями и поддерживают коэффициент мощности выше 0,9 в течение всего года, что значительно сокращает затраты на электроэнергию.
При выборе двигателя избегайте ненужных сложных функций. Отдавайте предпочтение высокоэффективным моделям IE5 или выше и убедитесь, что они сохраняют максимальную эффективность в типичном диапазоне нагрузок (например, стабильный диапазон расхода и давления водяных насосов). Срок окупаемости инвестиций обычно составляет 1–3 года.

2. Сценарии высокоточного управления
(например, станки, роботы, автоматизированные производственные линии)

Эти системы требуют точного регулирования скорости и быстрого отклика — например, станки требуют точного позиционирования, а соединения роботов — плавного движения без задержек. PMSM обеспечивают высокую точность вращения и стабильную работу, а их сочетание со стандартными энкодерами удовлетворяет большинству требований к высокой точности.
При выборе следует уделять особое внимание динамической скорости отклика и стабильности работы, чтобы избежать вибрации или отклонений в позиционировании, что позволит повысить эффективность обработки оборудования и коэффициент приемлемости продукции.

3，Легкие и высокоэффективные сценарии
(например, автомобили на новых источниках энергии, системы хранения энергии, небольшое оборудование)

Для оборудования с жесткими ограничениями по пространству и весу, PMSM отличаются компактными размерами и высокой выходной мощностью — они на 20–30 % легче традиционных двигателей. Это сокращает пространство для установки и снижает общее энергопотребление оборудования.
При выборе отдавайте приоритет плотности мощности и совместимости с выносливостью. Например, двигатели для автомобилей на новых источниках энергии должны обеспечивать баланс между высокой скоростью и низким крутящим моментом, а двигатели для систем хранения энергии должны обеспечивать долговременную стабильную работу и адаптироваться к широкому диапазону напряжений.

4. Сценарии с жесткими условиями эксплуатации
(например, наружное оборудование, химическое оборудование, горнодобывающее оборудование)

Эти применения связаны с жесткими условиями эксплуатации, такими как высокие температуры, запыленность и коррозия, и основными требованиями являются долговечность и надежность.
Выбирайте двигатели с высоким классом защиты (IP67 или выше), в которых используются высокотемпературные материалы с постоянными магнитами. Обратите особое внимание на герметичность двигателя и его ударопрочность, чтобы предотвратить размагничивание магнитов и выход двигателя из строя под воздействием факторов окружающей среды, что позволит продлить срок службы оборудования.

III. Ловушки, которых следует избегать при выборе: избегайте 4 распространенных ошибок

1. Слепое стремление к чрезмерно высокой мощности.
Достаточным является запас прочности в 10–30 % выше фактической нагрузки. Двигатели с избыточной мощностью не только увеличивают затраты на закупку, но и снижают эффективность работы, что приводит к потере энергии.

2. Игнорирование воздействия окружающей среды.
Использование двигателей со стандартными классами защиты во влажных или высокотемпературных средах приводит к частым сбоям, что, в свою очередь, увеличивает долгосрочные затраты на техническое обслуживание.

3. Недооценка системной совместимости.
Приобретение двигателя без подходящего привода может привести к невозможности запуска или недостижению ожидаемой производительности.

4. Сосредоточение внимания исключительно на первоначальных затратах.
Хотя первоначальная стоимость покупки PMSM немного выше, чем у традиционных двигателей, их энергосберегающие преимущества обеспечивают быструю окупаемость, что делает их более рентабельными в долгосрочной перспективе. Не следует выбирать модели с низким КПД исключительно для экономии на первоначальных затратах.

IV. Вывод: ключ к выбору — это «соответствие», а не «высокое качество»
Когда речь идет о PMSM, нет абсолютного «хорошего» или «плохого» — есть только «подходящее» или «неподходящее».

Для оборудования общего назначения с непрерывной работой наилучшую стоимость предлагают высокоэффективные базовые модели.
Для оборудования, требующего высокой точности и динамической реакции, отдавайте предпочтение двигателям с превосходной скоростью реакции и стабильностью.
Для ограниченных пространств или суровых условий эксплуатации следует уделять особое внимание высокой удельной мощности и классу защиты.

При выборе двигателя сначала определите конкретные условия эксплуатации (нагрузка, окружающая среда, место установки), а затем подберите двигатель с соответствующими основными характеристиками — не зацикливайтесь на сложных параметрах. Если вы не уверены, предоставьте поставщику подробные данные об условиях эксплуатации. Использование профессиональной команды для разработки индивидуального решения не только позволит удовлетворить требования к производительности, но и избежать ненужных затрат.