कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स मुख्य ड्राइव्ह मोटर्स का बनतात?

कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स मुख्य ड्राइव्ह मोटर्स का बनतात?

इलेक्ट्रिक मोटर विद्युत ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेमध्ये रूपांतर करू शकते आणि वाहनाला चालना देण्यासाठी ट्रान्समिशन प्रणालीद्वारे ही यांत्रिक ऊर्जा चाकांपर्यंत पोहोचवते. ही नवीन ऊर्जा वाहनांच्या मुख्य ड्राइव्ह प्रणालींपैकी एक आहे. सध्या, नवीन ऊर्जा वाहनांमध्ये सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या ड्राइव्ह मोटर्समध्ये प्रामुख्याने परमनंट मॅग्नेट सिंक्रोनस मोटर्स आणि एसी असिंक्रोनस मोटर्स यांचा समावेश होतो. बहुतेक नवीन ऊर्जा वाहनांमध्ये परमनंट मॅग्नेट सिंक्रोनस मोटर्सचा वापर केला जातो. BYD, ली ऑटो इत्यादी प्रतिनिधी कार कंपन्या आहेत. काही वाहनांमध्ये एसी असिंक्रोनस मोटर्सचा वापर केला जातो. टेस्ला आणि मर्सिडीज-बेंझ यांसारख्या कार कंपन्यांमध्ये इलेक्ट्रिक मोटर्सचा वापर होतो.

असिंक्रोनस मोटर मुख्यत्वे स्थिर स्टेटर आणि फिरणाऱ्या रोटरने बनलेली असते. जेव्हा स्टेटर वाइंडिंग एसी वीज पुरवठ्याला जोडली जाते, तेव्हा रोटर फिरतो आणि वीज निर्माण करतो. याचे मुख्य तत्त्व असे आहे की, जेव्हा स्टेटर वाइंडिंगला ऊर्जा दिली जाते (पर्यायी प्रवाह), तेव्हा ते एक फिरणारे विद्युत चुंबकीय क्षेत्र तयार करते, आणि रोटर वाइंडिंग हा एक बंद वाहक असतो जो स्टेटरच्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्रात स्टेटरच्या चुंबकीय प्रवर्तन रेषांना सतत छेदत असतो. फॅराडेच्या नियमानुसार, जेव्हा एखादा बंद वाहक चुंबकीय प्रवर्तन रेषेला छेदतो, तेव्हा विद्युत प्रवाह निर्माण होतो आणि हा प्रवाह एक विद्युत चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो. यावेळी, दोन विद्युत चुंबकीय क्षेत्रे असतात: एक म्हणजे बाह्य पर्यायी प्रवाहाशी जोडलेले स्टेटरचे विद्युत चुंबकीय क्षेत्र, आणि दुसरे म्हणजे स्टेटरच्या विद्युत चुंबकीय प्रवर्तन रेषेला छेदल्यामुळे निर्माण झालेले रोटरचे विद्युत चुंबकीय क्षेत्र. लेन्झच्या नियमानुसार, प्रेरित विद्युत प्रवाह नेहमी त्याच्या कारणाला विरोध करतो, म्हणजेच, रोटरवरील वाहकांना स्टेटरच्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रवर्तन रेषा कापण्यापासून रोखण्याचा प्रयत्न करतो. याचा परिणाम असा होतो की, रोटरवरील वाहक स्टेटरच्या फिरत्या विद्युत चुंबकीय क्षेत्राशी 'जुळवून' घेतात. याचा अर्थ असा की, रोटर स्टेटरच्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राचा पाठलाग करतो आणि शेवटी मोटर फिरू लागते. या प्रक्रियेदरम्यान, रोटरचा फिरण्याचा वेग (n2) आणि स्टेटरचा फिरण्याचा वेग (n1) यांच्यात ताळमेळ नसतो (वेगातील फरक सुमारे २-६% असतो). त्यामुळे, याला असिंक्रोनस एसी मोटर म्हणतात. याउलट, जर फिरण्याचा वेग समान असेल, तर त्याला सिंक्रोनस मोटर म्हणतात.

कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर हा देखील एसी मोटरचा एक प्रकार आहे. याचा रोटर कायमस्वरूपी चुंबकांसह स्टीलचा बनलेला असतो. जेव्हा मोटर कार्यरत असते, तेव्हा रोटरला फिरवण्यासाठी एक फिरते चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करण्याकरिता स्टेटरला ऊर्जा दिली जाते. "सिंक्रोनायझेशन" म्हणजे स्थिर-स्थितीतील कार्यादरम्यान रोटरच्या फिरण्याचा वेग चुंबकीय क्षेत्राच्या फिरण्याच्या वेगाशी जुळलेला असतो. कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सचे पॉवर-टू-वेट गुणोत्तर जास्त असते, त्या आकाराने लहान, वजनाने हलक्या असतात, त्यांचा आउटपुट टॉर्क जास्त असतो आणि त्यांची मर्यादित गती व ब्रेकिंग कार्यक्षमता उत्कृष्ट असते. त्यामुळे, कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स आज इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या इलेक्ट्रिक मोटर बनल्या आहेत. तथापि, जेव्हा कायमस्वरूपी चुंबक सामग्री कंपन, उच्च तापमान आणि ओव्हरलोड करंटच्या संपर्कात येते, तेव्हा तिची चुंबकीय पारगम्यता कमी होऊ शकते किंवा विचुंबकीकरण होऊ शकते, ज्यामुळे कायमस्वरूपी चुंबक मोटरची कार्यक्षमता कमी होऊ शकते. याव्यतिरिक्त, दुर्मिळ पृथ्वी धातू कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्समध्ये दुर्मिळ पृथ्वी धातू वापरले जातात आणि त्यांच्या निर्मितीचा खर्च स्थिर नसतो.

कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सच्या तुलनेत, असिंक्रोनस मोटर्सना काम करताना उत्तेजनासाठी विद्युत ऊर्जा शोषून घ्यावी लागते, ज्यामुळे विद्युत ऊर्जा खर्च होते आणि मोटरची कार्यक्षमता कमी होते. कायमस्वरूपी चुंबकांच्या वापरामुळे कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्स अधिक महाग असतात.

एसी असिंक्रोनस मोटर्सची निवड करणारे मॉडेल्स कामगिरीला प्राधान्य देतात आणि उच्च वेगात एसी असिंक्रोनस मोटर्सच्या कामगिरी आउटपुट आणि कार्यक्षमतेच्या फायद्यांचा लाभ घेतात. याचे प्रातिनिधिक मॉडेल म्हणजे सुरुवातीचे मॉडेल एस. मुख्य वैशिष्ट्ये: जेव्हा गाडी उच्च वेगाने धावत असते, तेव्हा ती उच्च-गती कार्यप्रणाली आणि विद्युत ऊर्जेचा कार्यक्षम वापर कायम ठेवू शकते, ज्यामुळे कमाल पॉवर आउटपुट कायम ठेवत ऊर्जेचा वापर कमी होतो;

ज्या मॉडेल्समध्ये परमनंट मॅग्नेट सिंक्रोनस मोटर्सची निवड केली जाते, ती ऊर्जा वापराला प्राधान्य देतात आणि कमी वेगात परमनंट मॅग्नेट सिंक्रोनस मोटर्सच्या कार्यक्षमतेचा व प्रभावी कार्यप्रणालीचा उपयोग करून घेतात, ज्यामुळे ती लहान आणि मध्यम आकाराच्या गाड्यांसाठी योग्य ठरतात. लहान आकार, हलके वजन आणि बॅटरीचे दीर्घायुष्य ही त्याची वैशिष्ट्ये आहेत. त्याच वेळी, यात वेग नियंत्रित करण्याची चांगली क्षमता असते आणि वारंवार सुरू करणे, थांबवणे, वेग वाढवणे आणि कमी करणे यांसारख्या क्रियांमध्येही ते उच्च कार्यक्षमता टिकवून ठेवू शकते.

कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सचे वर्चस्व आहे. ॲडव्हान्स्ड इंडस्ट्री रिसर्च इन्स्टिट्यूट (GGII) द्वारे प्रसिद्ध केलेल्या "नवीन ऊर्जा वाहन उद्योग साखळी मासिक डेटाबेस" मधील आकडेवारीनुसार, जानेवारी ते ऑगस्ट २०२२ या कालावधीत नवीन ऊर्जा वाहनांच्या ड्राइव्ह मोटर्सची देशांतर्गत स्थापित क्षमता अंदाजे ३४,७८,००० युनिट्स होती, जी मागील वर्षाच्या तुलनेत १०१% नी वाढली आहे. त्यापैकी, कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सची स्थापित क्षमता ३३,२९,००० युनिट्स होती, जी मागील वर्षाच्या तुलनेत १०६% नी वाढली; तर एसी असिंक्रोनस मोटर्सची स्थापित क्षमता १२,९५,००० युनिट्स होती, जी मागील वर्षाच्या तुलनेत २२% नी वाढली.

शुद्ध इलेक्ट्रिक प्रवासी कार बाजारपेठेत कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स मुख्य ड्राइव्ह मोटर्स बनल्या आहेत.

देश-विदेशातील मुख्य प्रवाहातील मॉडेल्ससाठी वापरल्या जाणाऱ्या मोटर्सच्या निवडीवरून असे दिसून येते की, देशांतर्गत SAIC मोटर, Geely ऑटोमोबाईल, ग्वांगझो ऑटोमोबाईल, BAIC मोटर, डेन्झा मोटर्स इत्यादी कंपन्यांनी बाजारात आणलेल्या नवीन ऊर्जा वाहनांमध्ये कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सचा वापर केला जातो. कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सचा वापर प्रामुख्याने चीनमध्ये केला जातो. पहिले कारण म्हणजे, कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सची कमी वेगातील कामगिरी चांगली असते आणि त्यांची रूपांतरण कार्यक्षमता उच्च असते, ज्यामुळे त्या शहरी वाहतुकीतील वारंवार सुरू-बंद होणाऱ्या गुंतागुंतीच्या कार्य परिस्थितीसाठी अत्यंत योग्य ठरतात. दुसरे कारण म्हणजे, कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्समध्ये निओडिमियम आयर्न बोरॉन (NdFeB) हे कायमस्वरूपी चुंबक वापरले जातात. या सामग्रीसाठी दुर्मिळ मृदा संसाधनांचा वापर आवश्यक असतो आणि आपल्या देशात जगातील ७०% दुर्मिळ मृदा संसाधने आहेत, तसेच NdFeB चुंबकीय सामग्रीचे एकूण उत्पादन जगाच्या ८०% पर्यंत पोहोचते, त्यामुळे चीन कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स वापरण्यास अधिक उत्सुक आहे.

परदेशी टेस्ला आणि बीएमडब्ल्यू संयुक्तपणे विकास करण्यासाठी कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स आणि एसी असिंक्रोनस मोटर्सचा वापर करतात. अनुप्रयोगाच्या संरचनेच्या दृष्टिकोनातून, कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर ही नवीन ऊर्जा वाहनांसाठी मुख्य निवड आहे.

कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सच्या एकूण खर्चापैकी सुमारे ३०% खर्च कायमस्वरूपी चुंबक सामग्रीवर होतो. कायमस्वरूपी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्सच्या निर्मितीसाठी लागणाऱ्या कच्च्या मालामध्ये प्रामुख्याने निओडिमियम आयर्न बोरॉन, सिलिकॉन स्टील शीट्स, तांबे आणि ॲल्युमिनियम यांचा समावेश होतो. त्यापैकी, कायमस्वरूपी चुंबक सामग्री निओडिमियम आयर्न बोरॉनचा वापर प्रामुख्याने रोटरचे कायमस्वरूपी चुंबक बनवण्यासाठी केला जातो आणि त्याचा खर्चातील वाटा सुमारे ३०% असतो; सिलिकॉन स्टील शीट्सचा वापर प्रामुख्याने गरजेनुसार बनवलेल्या रोटर कोअरच्या निर्मितीसाठी केला जातो, जो खर्चातील वाटा सुमारे २०% असतो; स्टेटर वाइंडिंगचा खर्चातील वाटा सुमारे १५% असतो; मोटर शाफ्टचा खर्चातील वाटा सुमारे ५% असतो; आणि मोटर शेलचा खर्चातील वाटा सुमारे १५% असतो.

का आहेतओएसजी कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्स स्क्रू एअर कंप्रेसरअधिक कार्यक्षम?

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर मुख्यत्वे स्टेटर, रोटर आणि शेल या घटकांनी बनलेली असते. सामान्य एसी मोटर्सप्रमाणे, मोटर चालू असताना एडी करंट आणि हिस्टेरेसिस परिणामांमुळे होणारे लोह नुकसान कमी करण्यासाठी स्टेटर कोअरची रचना स्तरित (लॅमिनेटेड) असते; विंडिंग्ज देखील सामान्यतः तीन-फेज सममितीय रचनांच्या असतात, परंतु पॅरामीटर निवड बरीच वेगळी असते. रोटर भागाची विविध रूपे आहेत, ज्यात स्टार्टिंग स्क्विरल केज असलेला स्थायी चुंबक रोटर आणि एम्बेडेड किंवा पृष्ठभागावर बसवलेला शुद्ध स्थायी चुंबक रोटर यांचा समावेश आहे. रोटर कोअरची रचना घन किंवा स्तरित असू शकते. रोटरला स्थायी चुंबक पदार्थ बसवलेला असतो, ज्याला सामान्यतः चुंबक म्हटले जाते.

कायमस्वरूपी चुंबक मोटरच्या सामान्य कार्यादरम्यान, रोटर आणि स्टेटरची चुंबकीय क्षेत्रे समकालिक अवस्थेत असतात. रोटरच्या भागात कोणताही प्रेरित विद्युत प्रवाह नसतो आणि रोटर कॉपर लॉस, हिस्टेरेसिस किंवा एडी करंट लॉस नसतो. रोटर लॉस आणि उष्णतेच्या समस्येचा विचार करण्याची गरज नसते. सामान्यतः, कायमस्वरूपी चुंबक मोटरला एका विशेष फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टरद्वारे ऊर्जा पुरवली जाते आणि त्यात नैसर्गिकरित्या सॉफ्ट स्टार्टचे कार्य असते. याव्यतिरिक्त, कायमस्वरूपी चुंबक मोटर ही एक सिंक्रोनस मोटर आहे, ज्यात उत्तेजनाच्या तीव्रतेद्वारे पॉवर फॅक्टर समायोजित करण्याचे वैशिष्ट्य आहे, त्यामुळे पॉवर फॅक्टर एका विशिष्ट मूल्यावर डिझाइन केला जाऊ शकतो.

सुरुवातीच्या दृष्टिकोनातून, परमनंट मॅग्नेट मोटर व्हेरिएबल फ्रिक्वेन्सी पॉवर सप्लाय किंवा सपोर्टिंग इन्व्हर्टरद्वारे सुरू केली जात असल्यामुळे, परमनंट मॅग्नेट मोटर सुरू करण्याची प्रक्रिया खूप सोपी असते; ती व्हेरिएबल फ्रिक्वेन्सी मोटर सुरू करण्यासारखीच असते आणि सामान्य केज असिंक्रोनस मोटर्समधील सुरू होण्याचे दोष टाळते.

थोडक्यात सांगायचे तर, कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्सची कार्यक्षमता आणि पॉवर फॅक्टर खूप उच्च असू शकते, त्यांची रचना खूप सोपी असते आणि गेल्या दहा वर्षांपासून बाजारात त्यांना प्रचंड मागणी आहे.

तथापि, कायमस्वरूपी चुंबक मोटर्समध्ये उत्तेजन शक्ती कमी होणे ही एक अटळ समस्या आहे. जेव्हा विद्युत प्रवाह खूप जास्त असतो किंवा तापमान खूप जास्त असते, तेव्हा मोटरच्या विंडिंगचे तापमान झटपट वाढते, विद्युत प्रवाह वेगाने वाढतो आणि कायमस्वरूपी चुंबक वेगाने उत्तेजन शक्ती गमावतात. कायमस्वरूपी चुंबक मोटरच्या नियंत्रणामध्ये, मोटरची स्टेटर विंडिंग जळण्याची समस्या टाळण्यासाठी एक ओव्हर-करंट संरक्षण उपकरण बसवलेले असते, परंतु त्यामुळे होणारी उत्तेजन शक्तीची हानी आणि उपकरण बंद पडणे हे अटळ आहे.