Debido á súa compacidade e á súa alta densidade de par, os motores síncronos de imáns permanentes úsanse amplamente en moitas aplicacións industriais, especialmente para sistemas de accionamento de alto rendemento, como os sistemas de propulsión submarina.Os motores síncronos de imáns permanentes non requiren o uso de aneis deslizantes para a excitación, reducindo o mantemento e as perdas do rotor.Os motores síncronos de imáns permanentes son altamente eficientes e axeitados para sistemas de accionamento de alto rendemento como máquinas ferramenta CNC, robótica e sistemas de produción automatizados na industria.
Xeralmente, o deseño e construción de motores síncronos de imáns permanentes deben considerar tanto a estrutura do estator como do rotor para obter un motor de alto rendemento.
A estrutura do motor síncrono de imán permanente
Densidade de fluxo magnético do aire:Determinado segundo o deseño de motores asíncronos, etc., o deseño de rotores de imáns permanentes e o uso de requisitos especiais para cambiar os enrolamentos do estator.Ademais, suponse que o estator é un estator ranurado.A densidade de fluxo de aire está limitada pola saturación do núcleo do estator.En particular, a densidade de fluxo máxima está limitada pola anchura dos dentes do engrenaxe, mentres que a parte traseira do estator determina o fluxo total máximo.
Ademais, o nivel de saturación permitido depende da aplicación.Normalmente, os motores de alta eficiencia teñen unha menor densidade de fluxo, mentres que os motores deseñados para a máxima densidade de par teñen unha maior densidade de fluxo.A densidade máxima de fluxo de aire adoita estar no rango de 0,7 a 1,1 Tesla.Hai que ter en conta que esta é a densidade de fluxo total, é dicir, a suma dos fluxos do rotor e do estator.Isto significa que se a forza de reacción da armadura é baixa, significa que o par de aliñamento é alto.
Non obstante, para conseguir unha gran contribución de par de reluctancia, a forza de reacción do estator debe ser grande.Os parámetros da máquina mostran que se requiren principalmente m grande e pequena inductancia L para obter un par de aliñamento.Isto adoita ser axeitado para funcionar por debaixo da velocidade base, xa que a alta inductancia reduce o factor de potencia.
Material de imán permanente:
Os imáns xogan un papel importante en moitos dispositivos, polo que é moi importante mellorar o rendemento destes materiais, e actualmente a atención céntrase en materiais a base de terras raras e metais de transición que poden obter imáns permanentes con altas propiedades magnéticas.Dependendo da tecnoloxía, os imáns teñen diferentes propiedades magnéticas e mecánicas e presentan diferentes resistencias á corrosión.
Os imáns de NdFeB (Nd2Fe14B) e Samarium Cobalt (Sm1Co5 e Sm2Co17) son os materiais comerciais de imán permanente máis avanzados dispoñibles na actualidade.Dentro de cada clase de imáns de terras raras hai unha gran variedade de graos.Os imáns de NdFeB foron comercializados a principios dos anos 80.Son amplamente utilizados hoxe en día en moitas aplicacións diferentes.O custo deste material de imán (por produto enerxético) é comparable ao dos imáns de ferrita e, por quilogramo, os imáns de NdFeB custan entre 10 e 20 veces máis que os imáns de ferrita.
Algunhas propiedades importantes utilizadas para comparar imáns permanentes son: a remanencia (Mr), que mide a forza do campo magnético do imán permanente, a forza coercitiva (Hcj), a capacidade do material para resistir a desmagnetización, o produto enerxético (BHmax), a densidade de enerxía magnética ;Temperatura de Curie (TC), a temperatura á que o material perde o seu magnetismo.Os imáns de neodimio teñen maior remanencia, maior coercitividade e produto enerxético, pero xeralmente son do tipo de temperatura Curie máis baixa, o neodimio traballa con terbio e disprosio para manter as súas propiedades magnéticas a altas temperaturas.
Deseño de motor síncrono de imán permanente
No deseño dun motor síncrono de imán permanente (PMSM), a construción do rotor de imán permanente baséase no cadro do estator dun motor de indución trifásico sen cambiar a xeometría do estator e dos enrolamentos.As especificacións e xeometría inclúen: velocidade do motor, frecuencia, número de polos, lonxitude do estator, diámetros interiores e exteriores, número de ranuras do rotor.O deseño do PMSM inclúe a perda de cobre, a EMF posterior, a perda de ferro e a inductancia propia e mutua, o fluxo magnético, a resistencia do estator, etc.
Cálculo da autoinductancia e da inductancia mutua:
A inductancia L pódese definir como a relación entre o enlace de fluxo e a corrente produtora de fluxo I, en Henrys (H), igual a Weber por amperio.Un indutor é un dispositivo que se usa para almacenar enerxía nun campo magnético, de forma similar a como un capacitor almacena enerxía nun campo eléctrico.Os indutores adoitan estar formados por bobinas, normalmente enroladas arredor dun núcleo de ferrita ou ferromagnético, e o seu valor de inductancia só está relacionado coa estrutura física do condutor e a permeabilidade do material polo que pasa o fluxo magnético.
Os pasos para atopar a inductancia son os seguintes:1. Supoñamos que hai unha corrente I no condutor.2. Use a lei de Biot-Savart ou a lei do bucle de Ampere (se está dispoñible) para determinar que B é suficientemente simétrica.3. Calcula o fluxo total que conecta todos os circuítos.4. Multiplique o fluxo magnético total polo número de bucles para obter a conexión de fluxo e realice o deseño do motor síncrono de imáns permanentes avaliando os parámetros necesarios.
O estudo descubriu que o deseño de usar NdFeB como material do rotor de imán permanente de CA aumentou o fluxo magnético xerado no entrego de aire, o que resulta nunha redución do raio interno do estator, mentres que o raio interno do estator usando o cobalto permanente de samario. o material do rotor magnético era maior.Os resultados mostran que a perda efectiva de cobre en NdFeB redúcese nun 8,124%.Para o cobalto de samario como material de imán permanente, o fluxo magnético será unha variación sinusoidal.Xeralmente, o deseño e construción de motores síncronos de imáns permanentes deben considerar tanto a estrutura do estator como do rotor para obter un motor de alto rendemento.
En conclusión
O motor síncrono de imán permanente (PMSM) é un motor síncrono que utiliza materiais magnéticos elevados para a magnetización e ten as características de alta eficiencia, estrutura sinxela e control sinxelo.Este motor síncrono de imán permanente ten aplicacións en tecnoloxía de tracción, automoción, robótica e aeroespacial.A densidade de potencia dos motores síncronos de imáns permanentes é maior que a dos motores de indución da mesma clasificación porque non hai potencia do estator dedicada a xerar o campo magnético..
Na actualidade, o deseño de PMSM require non só maior potencia, senón tamén menor masa e menor momento de inercia.
Hora de publicación: 01-07-2022