1. Introducción
En desvío de agua, control y drenaje de inundaciones, tratamiento de aguas residuales, riego de tierras agrícolas, protección ambiental, etc., se utilizan ampliamente proyectos de conservación de agua con compuertas de bombas de bajo nivel y gran flujo. Por lo general, la mayoría de las bombas de baja velocidad utilizadas en tales proyectos de conservación de agua son bombas de baja velocidad por debajo de 500 r/min. Los motores de bombas de agua de uso común incluyen motores asíncronos, motores síncronos y motores sumergibles especiales. Sin embargo, muchas de las velocidades bajas se logran confiando en motores de alta velocidad conectados a reductores. Dado que los propios reductores tienen pérdidas mecánicas y son fáciles de desgastar, este tipo de sistema de bomba de baja velocidad también resulta en baja eficiencia, alto consumo de energía, alto ruido y vibración, gran volumen y alto mantenimiento.
Sin embargo, los motores síncronos de imanes permanentes tienen ventajas de aplicación incomparables en este tipo de aplicaciones de ingeniería de conservación de agua. El motor síncrono de imán permanente está diseñado para tener una velocidad baja y puede accionar directamente el impulsor, eliminando la necesidad de una estructura reductora. La eficiencia general del sistema es alta, el ruido y la vibración son pequeños y la operación es más segura y confiable. Coopera con el sistema de control especial de imán permanente para formar un sistema de accionamiento, basándose en las enormes ventajas de conservación de energía y protección ambiental, y se ha convertido en una nueva tendencia en el desarrollo de bombas de baja velocidad.
2. Estado actual de la aplicación de bombas de baja altura, alto flujo y baja velocidad en proyectos de conservación de agua
2.1 Bomba de eje transversal con motor asíncrono + reductor
La forma estructural y la aplicación de ingeniería de la bomba de flujo transversal de eje con motor asíncrono + reductor se muestran en la Figura 1. Este tipo de bomba de flujo transversal de eje vertical generalmente es impulsada por un motor asíncrono + reductor de 4 a 8 polos. La longitud axial es grande, el engranaje reductor es fácil de desgastar y el aceite lubricante debe reemplazarse periódicamente. La carga de trabajo de mantenimiento es grande, el costo de mantenimiento es alto y el sistema es menos eficiente. Debido a que hay piezas de fricción y rotación de alta velocidad, el ruido de vibración es alto y la eficiencia del sistema es baja.
2.2 Bomba de eje inclinado de accionamiento directo con motor asíncrono
La forma estructural y la aplicación de ingeniería de una bomba de eje oblicuo de accionamiento directo con motor asíncrono se muestra en la Figura 2. La velocidad del motor asíncrono utilizada en este tipo de bomba de eje oblicuo de accionamiento directo con motor asíncrono generalmente está entre 200 y 300 r/min. Aunque el motor asíncrono de baja velocidad acciona directamente el reductor, el motor asíncrono multipolar de baja velocidad se ve afectado por la estructura, la tecnología y la disipación de calor. Afectado por muchos factores, la estructura del motor es compleja, el proceso es difícil y el motor es de gran tamaño, masa, baja eficiencia y el factor de potencia cos es extremadamente pequeño (generalmente alrededor de 0.6, incluso menor con cargas bajas y altas). -Es necesario configurar la compensación de potencia reactiva). Además, la corriente reactiva del motor es grande, por lo que la capacidad de transmisión y distribución de energía debe aumentarse al menos en 1/3.
2.3 Bomba de flujo axial vertical accionada por motor asíncrono de baja velocidad vertical
La forma estructural y la aplicación de ingeniería de la bomba de flujo axial vertical accionada por motor asíncrono de baja velocidad se muestran en la Figura 3. Este tipo de bomba de flujo axial vertical impulsada por un motor asíncrono vertical de baja velocidad es la misma que la bomba de eje inclinado. Accionado directamente por el motor asíncrono. El motor multipolar de baja velocidad tiene una estructura compleja, un proceso difícil, un gran tamaño, una gran masa, una baja eficiencia y un factor de potencia extremadamente bajo.
2.4 Motor asíncrono + reductor y bomba sumergible de flujo cruzado de accionamiento directo con motor asíncrono de baja velocidad
Para las bombas sumergibles de flujo cruzado de accionamiento directo con motor asíncrono + reductor y motor asíncrono de baja velocidad, los problemas de vibración del sistema y alto ruido son más prominentes y la estructura es más compleja. La estructura de los motores asíncronos de baja velocidad se ve afectada principalmente por el gran tamaño del motor asíncrono, y problemas como la reducción del área de la sección transversal del canal de flujo son más prominentes.
3 Las enormes ventajas de los motores de imanes permanentes de baja velocidad y alto par
3.1 Desarrollo y aplicación de motores de imanes permanentes.
Un motor de imán permanente es un dispositivo que utiliza imanes permanentes para establecer un campo magnético de excitación para lograr una conversión de energía electromecánica. Desde la llegada de los materiales magnéticos permanentes NdFeB de alta eficiencia con propiedades magnéticas más altas y precios relativamente más bajos en 1983, el foco de la investigación y el desarrollo en el país y en el extranjero se ha desplazado hacia los motores de imanes permanentes industriales y civiles. En los últimos diez años, ha tenido muchas aplicaciones exitosas en diversas industrias. La eficiencia de un motor síncrono de imán permanente de NdFeB de alta eficiencia con una carga nominal es entre un 2% y un 8% mayor que la de un motor asíncrono de inducción de la misma especificación, y puede mantener una alta eficiencia y una alta eficiencia dentro del rango de carga nominal de 25%~120%. El gran factor de potencia hace que el efecto de ahorro de energía sea más significativo durante el funcionamiento con carga ligera.
3.2 Comparación de las estructuras del estator y del rotor de motores de imanes permanentes de baja velocidad y motores asíncronos de baja velocidad
Para analizar más a fondo las características de los motores de imanes permanentes de baja velocidad y alto par, a continuación se presenta un análisis de las ventajas de los motores de imanes permanentes basado en las diferencias en las estructuras específicas del estator y el rotor de los motores de imanes permanentes de 20 polos y Motores asíncronos de 20 polos. La Figura 4 muestra el estator y el rotor del motor de imán permanente y la Figura 5 muestra el estator y el rotor del motor asíncrono.
El estator de un motor asíncrono generalmente tiene más de 120 bobinas y la barra de cobre del rotor generalmente tiene más de 100 barras de cobre. En comparación con los motores de imanes permanentes, los procesos del estator y del rotor de los motores asíncronos son mucho más complejos, lo que dificulta a los fabricantes de motores en general producirlos. Especialmente cuando el rotor del motor asíncrono gira, la barra de cobre del rotor tiene bajo voltaje y gran corriente, el rotor también tiene corrientes parásitas y genera una gran cantidad de calor, lo que provoca problemas espinosos de disipación de calor (generalmente adopta la exportación radial y axial fuera del cuerpo y otras medidas integrales de disipación de calor), se debe aumentar el volumen del rotor. El rotor del motor de imán permanente no necesita disipar calor, lo que simplifica enormemente el proceso y la estructura y mejora la seguridad y confiabilidad.
3.3 Ventajas de los motores de imanes permanentes de baja velocidad utilizados en bombas de baja velocidad
Los motores de imanes permanentes de baja velocidad se utilizan en bombas de baja velocidad y tienen las siguientes ventajas:
① Tamaño pequeño, masa pequeña, fácil de instalar, requisitos bajos para instalaciones básicas y de apoyo. Por ejemplo, la masa de un motor de imán permanente de baja velocidad y 20 polos, 300 r/min, solo equivale a 1/2 a 1/3 de un motor asíncrono con la misma velocidad;
②Ahorro de energía y eficiencia, la eficiencia general de los motores de imanes permanentes es superior al 96% y el factor de potencia es superior a 0.97, mientras que la eficiencia de los motores asíncronos es inferior al 92% y el factor de potencia es de alrededor de 0.66;
③ La bomba de baja velocidad, baja vibración y ruido, baja elevación y gran flujo utiliza un sistema de accionamiento de motor de imán permanente. No hay ninguna parte que funcione a alta velocidad. El motor en sí tiene poco ruido y vibración. Al mismo tiempo se elimina el reductor y otros dispositivos de transmisión. Se elimina el reductor y otros dispositivos de transmisión. Reducir la vibración y el ruido, haciendo que todo el sistema de transmisión sea menos vibratorio y más ruidoso;
④ Debido a la estructura simple del motor de imán permanente, no hay problemas de disipación de calor en el rotor, por lo que la operación es más segura y confiable, y la carga de trabajo de mantenimiento es pequeña;
⑤ Fácil de controlar de forma inteligente, utilizando un convertidor de frecuencia especial, control de velocidad conveniente, funciones completas de protección contra fallas, gran par de arranque, amplio rango de regulación de velocidad y operación segura y estable del sistema;
⑥Dado que el rotor no tiene corriente inducida, el rotor no genera calor, tiene un aumento de temperatura bajo y es fácil de disipar el calor;
⑦ Dado que la corriente reactiva es muy pequeña, la corriente total del motor es más de 1/3 menor que la del motor asíncrono, lo que puede reducir los requisitos de capacidad para la transmisión y distribución de energía aguas arriba (incluidos transformadores, interruptores, cables, etc.) y reducir la inversión en el sistema de transmisión y distribución de energía.
