Antecedentes del recorrido del teleférico
El entorno operativo específico de los teleféricos de pasajeros impone requisitos específicos a sus sistemas de propulsión eléctrica. En primer lugar, muchos teleféricos se construyen en altas montañas y colinas de gran altitud, o en zonas pintorescas remotas, alejadas de las ciudades y con un transporte difícil. El entorno natural es hostil, los accesorios son difíciles de adquirir y los canales de soporte técnico no son fluidos. Esto exige que los equipos del teleférico, especialmente los componentes principales como los impulsores del motor, tengan estructuras simples, una gran adaptabilidad ambiental, sean resistentes a los daños y tengan un mantenimiento sencillo. En segundo lugar, según el volumen de pasajeros, la velocidad del teleférico suele variar durante su funcionamiento. Por lo tanto, también se requiere que su control de velocidad sea cómodo y fácil de ajustar. Además, independientemente de la diferencia de altura del teleférico y de cómo varíe la carga, siempre debe mantener un funcionamiento suave sin deslizamientos de velocidad, lo que exige mucho al rendimiento de regulación de velocidad del motor. Finalmente, como herramienta de transporte aéreo de pasajeros, el sistema de propulsión del teleférico también debe contar con equipos fiables y tecnología avanzada para garantizar un funcionamiento estable y reducir las averías.
En los primeros sistemas de accionamiento por motor, debido al complejo sistema de regulación de velocidad de los motores de CA y a que su rendimiento no era comparable al de los motores de CC, los accionamientos para motores de CC se utilizaban principalmente en aplicaciones que requerían regulación de velocidad, mientras que los motores de CA se utilizaban principalmente en situaciones donde no se requería. Lo mismo ocurría con los accionamientos para teleféricos de pasajeros. Los teleféricos pequeños, especialmente los de agarre fijo, prácticamente no requerían regulación de velocidad debido a su baja velocidad de operación. Incluso si se requería regulación de velocidad, esta no era exigente debido al reducido número de pasajeros y las cargas reducidas, por lo que se utilizaban principalmente accionamientos de CA de velocidad fija o accionamientos de CA con regulación de velocidad por resistencias en serie. Los teleféricos de gran capacidad, especialmente los desembragables circulares, requieren cambios de velocidad frecuentes debido a sus altas velocidades de operación. Al mismo tiempo, debido a la complejidad del terreno, los grandes desniveles, la gran capacidad de pasajeros y la constante fluctuación del tamaño de la carga, se imponen mayores requisitos al control y la regulación de velocidad de los teleféricos, por lo que la mayoría utiliza sistemas de accionamiento por motores de CC.
En los últimos años, con el desarrollo de la teoría de control moderna, la tecnología de electrónica de potencia y la tecnología de control inteligente, así como la mejora continua del rendimiento de los materiales de imanes permanentes de tierras raras, junto con las ventajas de los motores de CA, como su estructura simple, tamaño compacto, peso ligero y mantenimiento prácticamente nulo, los sistemas de control de velocidad para motores de CA se han utilizado cada vez más. En particular, la aplicación de motores síncronos de imanes permanentes, combinada con el control de velocidad de frecuencia variable, no solo simplifica la estructura del motor, sino que también su rendimiento de regulación de velocidad es completamente comparable al de los motores de primer flujo. Por lo tanto, el accionamiento eléctrico de los grandes teleféricos domésticos también ha experimentado un proceso evolutivo desde el predominio del accionamiento rectificador para motores de CC hasta la introducción gradual del accionamiento de frecuencia variable para motores asíncronos de CA, hasta llegar al actual accionamiento directo de frecuencia variable para motores síncronos magnéticos de agua.
La estructura de un motor síncrono de imán permanente es similar a la de un motor de CA ordinario, incluyendo principalmente una base, núcleo del estator, devanado del estator, núcleo del rotor, imán permanente, eje del rotor, cojinete y tapa del extremo. Además, generalmente hay orificios de ventilación o canales de agua de refrigeración, cajas de conexiones, etc. La característica especial de un motor de imán permanente es que además del núcleo, eje, cojinete, etc., su rotor también tiene imanes permanentes. En la sección transversal del núcleo del rotor, hay espacio para la instalación de imanes permanentes y ejes de rotor. Dado que los imanes permanentes generan un campo magnético, ya no es necesario generar un campo electromagnético mediante la fuente de alimentación. Después de que el rotor se inicia mediante un método apropiado para girar, se forma un polo magnético giratorio. Bajo la atracción magnética del campo magnético giratorio del estator, el polo magnético giratorio es arrastrado para girar sincrónicamente y generar energía mecánica estable.
Los motores síncronos de imanes permanentes presentan procesos de fabricación sencillos, bajos costos, alta eficiencia energética y factor de potencia, tamaño compacto y bajo nivel de ruido para la misma capacidad. Además, tienen en cuenta la estructura simple de los motores de CA y el buen rendimiento de regulación de velocidad de los motores de CC. Por lo tanto, son ampliamente utilizados. En particular, en los últimos años, este tipo de motor síncrono de imanes permanentes de CA se ha utilizado ampliamente en teleféricos de CA de accionamiento directo (DD).
Arranque de motor síncrono de imanes permanentes
A través del análisis del modelo matemático del motor síncrono de imanes permanentes, podemos saber que existe la siguiente relación entre la velocidad del rotor n (r/min) y la velocidad del campo magnético giratorio del estator n (r/min), así como la frecuencia de alimentación del estator f (Hz) y el número de pares de polos magnéticos P del motor: n=n,=(60f)/P
Mediante un análisis más profundo, también podemos saber que el par electromagnético del PMSM es estable solo cuando está funcionando sincrónicamente. A velocidad asíncrona, el par electromagnético promedio es cero. Durante el proceso de arranque del motor, la velocidad del rotor aumenta desde cero, que es el estado de funcionamiento asíncrono. Dado que el par electromagnético es cero, el rotor no puede acelerarse, por lo que el motor síncrono no puede arrancar por sí solo. Según la fórmula de velocidad anterior n = n, = (60f) / P, se puede ver que la velocidad está relacionada con la frecuencia de alimentación del estator y el número de pares de polos del motor. Una vez determinado el número de pares de polos del motor, el arranque y la regulación de la velocidad se pueden lograr cambiando la frecuencia de alimentación del estator. El dispositivo que puede proporcionar esta fuente de alimentación de frecuencia variable se llama variador de frecuencia (VFD), también conocido como inversor (VVVF).
Accionamiento directo de motor síncrono de imanes permanentes con regulación de velocidad de frecuencia variable
La fórmula de la velocidad del motor síncrono n = (60f)/P permite calcular que, cuando el número de pares de polos del motor P = 45 y la frecuencia f = 16.5 Hz, la velocidad n = 22 r/min. Para una rueda motriz con un diámetro D de 5.2 m, la velocidad lineal L es:
L=(πD*n)=(3.14*5.2*22)/60=6m/s
Cubre la velocidad máxima de funcionamiento del teleférico de 6 m/s. Cuando la frecuencia de control del inversor está entre 0 y 16.5 Hz, el teleférico puede funcionar a una velocidad de 0 a 6 m/s sin necesidad de un reductor. La regulación de velocidad de frecuencia variable del motor síncrono de imanes permanentes también cumple con los requisitos de baja velocidad y alto par al arrancar. Esto también permite el accionamiento directo de frecuencia variable del motor síncrono de CA de imanes permanentes.
Conclusión
Del análisis anterior se desprende que el motor síncrono de imanes permanentes presenta la misma estructura simple que un motor de CA convencional, y el control de frecuencia variable del motor síncrono ofrece el mismo rendimiento superior que la regulación de velocidad de rectificación de un motor de CC. En particular, gracias a la mejora continua del rendimiento de los materiales de imanes permanentes de tierras raras, las propiedades magnéticas y la estabilidad térmica de estos imanes cumplen plenamente con los requisitos de uso del motor. Además, el motor síncrono presenta una mayor tolerancia a las perturbaciones de par que el motor asíncrono y puede responder con relativa rapidez. Siempre que el ángulo de potencia del motor se ajuste a tiempo, su velocidad siempre mantendrá la operación síncrona, y los cambios en el par de carga no afectarán la estabilidad de la velocidad, lo que resulta muy adecuado para cargas de par constante, como las de los teleféricos. Al mismo tiempo, la existencia del campo magnético permanente del rotor del motor síncrono permite que el motor funcione de forma estable a frecuencias extremadamente bajas, lo que permite que el motor arranque directamente a baja frecuencia y se accione directamente sin necesidad de un reductor. Por lo tanto, se puede prever que el motor síncrono de imán permanente con accionamiento directo de frecuencia variable se utilizará cada vez más en teleféricos de pasajeros de gran carga.
