En comparación con los motores de excitación eléctrica tradicionales, los motores de imanes permanentes, especialmente motores de imanes permanentes de tierras rarasTienen importantes ventajas, como estructura simple, funcionamiento confiable, tamaño pequeño, peso ligero, bajas pérdidas, alta eficiencia y la forma y el tamaño del motor pueden ser flexibles y diversos, por lo que se utilizan cada vez más.
Los motores de imanes permanentes utilizan imanes permanentes como campo magnético, que pueden mantener su campo magnético sin energía externa, mientras que los motores comunes requieren corriente para tener un campo magnético.
Los motores de imanes permanentes convencionales generalmente se dividen en las siguientes cinco categorías: motores de CC de imanes permanentes, motores síncronos de imanes permanentes de arranque asíncrono, motores de CC sin escobillas de imanes permanentes, motores síncronos de imanes permanentes de velocidad variable y generadores síncronos de imanes permanentes.
Los motores de imanes permanentes tienen principalmente las siguientes características:
1. Motor CC de imanes permanentes
La diferencia estructural entre un motor de CC de imán permanente y un motor de CC ordinario es que el primero cancela el devanado de campo y el núcleo del polo, y los reemplaza con un polo de imán permanente. Las características del motor CC de imán permanente son similares a las del motor CC excitado por separado, la diferencia entre los dos es la forma en que se genera el campo magnético principal. El primero tiene un campo magnético incontrolable, mientras que el segundo tiene un campo magnético controlable. Además de las buenas características de los motores de CC con excitación separada, los motores de CC de imán permanente también tienen las características de estructura simple, operación confiable, alta eficiencia, tamaño pequeño y peso ligero.
2. Motor síncrono de imán permanente de arranque asíncrono
Un motor síncrono de imán permanente de arranque asíncrono es un motor síncrono de imán permanente con capacidad de arranque automático, que tiene las características de un motor de inducción y un motor síncrono de excitación eléctrica. Se basa en el par asíncrono generado por la interacción entre el campo magnético giratorio del estator y el rotor de jaula para lograr el arranque. Durante el funcionamiento normal, el rotor funciona a una velocidad síncrona y el rotor de jaula ya no funciona, y su principio de funcionamiento es básicamente el mismo que el del motor síncrono de excitación eléctrica. En comparación con el motor de inducción, el motor síncrono de imán permanente de arranque asíncrono tiene las siguientes características:
(1) La velocidad es constante, que es velocidad sincrónica.
(2) Alto factor de potencia, incluso factor de potencia líder.
De este modo se reduce la corriente del estator y la pérdida de resistencia del estator, y no hay pérdida de cobre del rotor durante el funcionamiento estable, lo que a su vez puede reducir los ventiladores (los motores de pequeña capacidad pueden incluso quitar los ventiladores) y la correspondiente fricción del viento. La pérdida y la eficiencia se pueden aumentar en un 2% a 8% en comparación con motores de inducción de la misma especificación.
(3) Tiene una amplia gama de operaciones económicas.
No solo tiene un alto factor de potencia y eficiencia con carga nominal, sino que también tiene un alto factor de potencia y eficiencia en el rango del 25% al 120% de la carga nominal, lo que hace que el efecto de ahorro de energía sea más significativo cuando funciona con carga liviana. Este tipo de motor generalmente tiene un devanado de arranque en el rotor, el cual tiene la capacidad de arrancar directamente a una determinada frecuencia y voltaje.
(4) El volumen y la calidad de los motores de imanes permanentes se reducen considerablemente en comparación con los motores de inducción.
Por ejemplo, la masa de un motor asíncrono de 11kW es de 220kg, mientras que la del motor de imanes permanentes es de sólo 92kg, equivalente al 45.8% de la masa del motor asíncrono.
(5) Poco impacto en la red eléctrica.
El factor de potencia del motor de inducción es bajo y el motor tiene que absorber una gran cantidad de corriente reactiva de la red, lo que resulta en una disminución en el factor de calidad de la red, lo que aumenta la carga sobre los equipos de transformación y distribución de la red y la energía. pérdida. Sin embargo, no hay excitación de corriente de inducción en el rotor del motor de imán permanente y el factor de potencia del motor es alto, lo que mejora el factor de calidad de la red eléctrica y hace que ya no sea necesario instalar un dispositivo de compensación de potencia reactiva en la red eléctrica.
(6) Debido a que generalmente se utilizan materiales magnéticos permanentes de NdFeB, el precio es alto; Cuando el motor está diseñado o utilizado incorrectamente, puede ocurrir una desmagnetización irreversible.
(7) La tecnología de procesamiento es compleja y la resistencia mecánica es deficiente.
(8) El rendimiento del motor se ve muy afectado por factores como la temperatura ambiente y el voltaje de la fuente de alimentación.
3. Motor CC sin escobillas de imán permanente
El motor de CC sin escobillas de imán permanente reemplaza el conmutador del motor de CC con un dispositivo de conmutación electrónico, que conserva las excelentes características del motor de CC. No solo tiene las ventajas de una estructura simple, operación confiable y mantenimiento conveniente de los motores de CA, sino que también tiene las ventajas de un gran par de arranque y un buen rendimiento de regulación de velocidad de los motores de CC. Debido a la cancelación del conmutador de escobillas, la confiabilidad es alta; la pérdida la genera principalmente el estator y las condiciones de disipación de calor son buenas; el volumen es pequeño y el peso es ligero.
4. Motor síncrono de imán permanente de velocidad ajustable
El motor síncrono de imán permanente de velocidad variable y el motor de CC sin escobillas de imán permanente tienen básicamente la misma estructura, con devanados multifásicos en el estator e imanes permanentes en el rotor. Las ventajas de los dos son similares. La principal diferencia entre ellos es que el motor de CC sin escobillas de imán permanente realiza la sincronización de acuerdo con la información de la posición del rotor, mientras que el motor síncrono de imán permanente con regulación de velocidad necesita un sistema de control electrónico para realizar la sincronización y la regulación de velocidad.
5. Generador síncrono de imanes permanentes
El generador síncrono de imanes permanentes es un generador síncrono con una estructura especial. A diferencia del generador síncrono ordinario, utiliza imanes permanentes para establecer un campo magnético, cancela el devanado de excitación, la fuente de alimentación de excitación, el anillo colector, el cepillo, etc., y tiene una estructura simple. Funcionamiento fiable, alta eficiencia y sin mantenimiento. Cuando se utilizan imanes permanentes de tierras raras, la densidad magnética del entrehierro es alta, la densidad de potencia es alta, el volumen es pequeño y el peso es liviano. Sin embargo, dado que se utiliza un imán permanente para establecer un campo magnético, es difícil ajustar el voltaje de salida y la potencia reactiva ajustando el método de excitación. Además, los generadores síncronos de imanes permanentes suelen utilizar imanes permanentes de NdFeB o ferrita. El coeficiente de temperatura de los imanes permanentes es alto y el voltaje de salida cambia con el cambio de la temperatura ambiente, lo que resulta en una desviación del voltaje de salida del voltaje nominal y es difícil de ajustar.
¿Por qué los motores de imanes permanentes son más eficientes?
El motor síncrono de imanes permanentes se compone principalmente del estator, el rotor y los componentes de la carcasa. Al igual que los motores de CA ordinarios, el núcleo del estator es una estructura laminada para reducir la pérdida de hierro debido a las corrientes parásitas y los efectos de histéresis durante el funcionamiento del motor; Los devanados también suelen ser estructuras simétricas trifásicas, pero la selección de parámetros es bastante diferente.
La parte del rotor tiene varias formas, incluidos rotores de imanes permanentes con jaula de ardilla de arranque y rotores de imanes permanentes puros integrados o montados en superficie. El núcleo del rotor puede convertirse en una estructura sólida o laminarse. El rotor está equipado con un material magnético permanente, comúnmente llamado acero magnético.
Bajo el funcionamiento normal del motor de imán permanente, el rotor y el campo magnético del estator están en un estado sincrónico, no hay corriente inducida en la parte del rotor, no hay pérdida de cobre del rotor, histéresis ni pérdida de corriente parásita, y no hay necesidad. considerar el problema de la pérdida del rotor y la generación de calor.
Generalmente, el motor de imán permanente funciona mediante un convertidor de frecuencia especial y, naturalmente, tiene una función de arranque suave.
Además, el motor de imán permanente es un motor síncrono, que tiene las características de ajustar el factor de potencia del motor síncrono a través de la fuerza de la excitación, por lo que el factor de potencia se puede diseñar a un valor específico.
Desde la perspectiva del arranque, debido al hecho de que el motor de imán permanente arranca mediante la fuente de alimentación de frecuencia variable o el convertidor de frecuencia de soporte, el proceso de arranque del motor de imán permanente es fácil de realizar; De manera similar al arranque del motor de frecuencia variable, evita los defectos de arranque del motor asíncrono de tipo jaula ordinario.
En resumen, la eficiencia y el factor de potencia de los motores de imanes permanentes pueden alcanzar niveles muy altos y la estructura es muy simple. El mercado ha estado muy activo en los últimos diez años.
Sin embargo, la falla de desmagnetización es un problema inevitable para los motores de imanes permanentes. Cuando la corriente es demasiado alta o la temperatura es demasiado alta, la temperatura de los devanados del motor aumentará instantáneamente, la corriente aumentará bruscamente y los imanes permanentes perderán su magnetismo rápidamente.
En el control del motor de imán permanente, se establece un dispositivo de protección contra sobrecorriente para evitar el problema de quemar el devanado del estator del motor, pero la pérdida resultante de magnetización y el apagado del equipo es inevitable.
—— Caso de diseño de refrigeración óptima
Un motor mejor enfriado funciona de manera más eficiente; para obtener el mejor flujo de aire, se optimiza el diseño del ventilador de enfriamiento y la protección del ventilador, lo que garantiza una unión estrecha entre el estator y la carcasa del motor para proporcionar el mejor rendimiento de enfriamiento. La eficiencia eléctrica del motor ha mejorado mucho, pero la potencia del ventilador de refrigeración representa una proporción mayor de la pérdida total. La optimización del tamaño del ventilador de refrigeración implica utilizar la potencia mínima del ventilador mientras se proporciona una refrigeración adecuada. Un diseño de ventilador optimizado reduce los requisitos de energía del ventilador en un 65 %. Una característica de diseño importante es el espacio libre entre las palas y la carcasa. El espacio entre la carcasa y las aspas del ventilador debe mantenerse lo más pequeño posible para evitar turbulencias y reducir el reflujo.
—— Elija rodamientos de baja fricción para las velocidades de funcionamiento
Los rodamientos de bolas o de rodillos se utilizan en motores de alta eficiencia y constan de un anillo interior y exterior y una jaula que contiene rodillos o bolas de acero o cerámica. El anillo exterior está conectado al estator y el anillo interior está conectado al rotor. Cuando el eje gira, el elemento también gira y se minimiza la fricción de la rotación del eje. Tienen una larga vida útil y bajos costos de mantenimiento.
Las aplicaciones de alta precisión permiten espacios de aire mínimos. La contracción térmica y la expansión térmica afectan el ajuste del eje y la carcasa, así como el juego interno del rodamiento. La salida de potencia controla el tamaño del eje y el diámetro interior del rodamiento.
La magnitud y dirección de la carga determinan el tamaño y tipo de rodamiento. Considere fuerzas adicionales, como entrehierros asimétricos que causan atracción magnética, fuerzas desequilibradas, errores de paso de los engranajes y cargas de empuje. Para los cálculos de carga de rodamiento, el eje se considera como una viga apoyada sobre soportes rígidos libres de momento. Los rodamientos de bolas son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad que los rodamientos de rodillos.
Los factores de alta velocidad incluyen el diseño de la jaula, los lubricantes, la precisión de funcionamiento, las holguras, la frecuencia de resonancia y el equilibrio. Los rodamientos requieren una carga mínima, por lo que los elementos rodantes giran para formar una película lubricante en lugar de deslizarse, lo que eleva las temperaturas de funcionamiento y degrada el aceite lubricante. La carga mínima permitida es igual a 0.01 veces la capacidad de carga radial dinámica del rodamiento de bolas. Esto es especialmente importante cuando el rodamiento se acerca al 70% de la clasificación recomendada.
Conocer el rango de temperatura ambiente y el rango de temperatura de funcionamiento normal ayudará a determinar el método de lubricación más eficaz para el rodamiento: aceite o grasa, y el rango de temperatura de funcionamiento normal para motores con engranajes considerados en general es de -25 a 40 °C. Las grasas sintéticas tienen un buen rendimiento en un amplio rango de temperaturas y permiten un fácil mantenimiento, limpieza, reducción de derrames y protección contra la contaminación.
—— Utilice máquinas equilibradoras de alta calidad, equilibrando con altos estándares y velocidades de funcionamiento del motor.
El ruido y las vibraciones surgen cuando el centro del eje no coexiste con el eje de rotación. El equilibrio tiene un impacto limitado en la eficiencia, pero afecta el ruido de funcionamiento y la esperanza de vida, lo que también es importante para maximizar el uso de los recursos.
Las lecturas de vibración de los rodamientos generalmente se toman en tres planos: vertical, horizontal y axial. La vibración vertical puede indicar un problema de montaje, la vibración horizontal puede indicar un problema de equilibrio y la vibración axial puede indicar un problema de rodamiento.
El equilibrio a las velocidades de funcionamiento es importante porque las fuerzas centrípetas en los rodamientos también pueden causar desequilibrio.
—— Diseño óptimo de laminaciones de rotor que exhiben un campo magnético sinusoidal
Los motores síncronos con imanes permanentes de alto rendimiento tienen distribución de flujo sinusoidal y fuerza electromotriz. Para los devanados distribuidos, los devanados del estator suelen ser los mismos que los del motor asíncrono, lo que reduce la vibración, el ruido y los costos de mantenimiento y mejora el rendimiento general.
—— Selección de imanes de tierras raras versus imanes de ferrita (cerámica)
En los motores se utilizan imanes de neodimio, tierras raras, samario y cobalto o imanes de ferrita (cerámica). Los imanes de tierras raras son dos o tres veces más fuertes que los imanes permanentes de ferrita o cerámica, pero son más caros.
Los imanes de samario cobalto son la mejor opción para aplicaciones de alta temperatura debido a su alta densidad de energía, resistencia a temperaturas de 250 a 550 °C, pequeña disminución en los parámetros debido al aumento de temperatura y protección contra la oxidación, la elección de samario cobalto o neodimio como El imán del motor debe cumplir con los requisitos de temperatura de trabajo y resistencia a la corrosión.
Los imanes de neodimio de baja calidad pueden empezar a perder su “fuerza” si se calientan por encima de 80°C, los imanes de neodimio de alta calidad funcionan a temperaturas inferiores a 220°C. Los imanes de ferrita o cerámicos son ampliamente aceptados debido a su fuerte resistencia eléctrica, buena desmagnetización, alta resistencia a la corrosión y bajo costo.
La pérdida magnética ocurre cuando se opera a temperaturas superiores a 250 °C, pero regresa cuando el imán se enfría a una temperatura más baja. A menos que el circuito esté diseñado para condiciones extremas, la baja temperatura de -40°C puede causar una pérdida permanente de la fuerza del imán permanente.
—— El motor necesita un inversor.
La unidad de accionamiento del inversor no produce pérdidas en funcionamiento/parado sin carga, y se espera un ahorro de energía de hasta el 30% al reemplazar los accionamientos trifásicos alimentados por línea existentes. Las características de la unidad motriz la hacen ideal para accionar bombas y ventiladores en funcionamiento continuo. No se requieren componentes adicionales como codificadores. Una huella de hasta el 25% permite un diseño de máquina más compacto. Los motores están bien controlados y combinados con una unidad controladora de accionamiento sin sensores, ofrecen un excelente rendimiento en el mundo real incluso a bajas velocidades, con una dinámica impresionante bajo cargas pulsadas y cambios de velocidad.
—— Elija un inversor que pueda proporcionar funcionamiento sin sensores
El variador puede “autodetectar” y rastrear la posición del imán permanente del rotor. Esto es esencial para un arranque suave del motor y, al mismo tiempo, permite producir un par óptimo y, por tanto, una eficiencia óptima.
La ausencia de sensores de posición o velocidad reduce el costo y aumenta la confiabilidad del sistema de transmisión. A medida que la eficiencia continúa aumentando, se vuelve cada vez más importante programar los ajustes del controlador para un motor específico para lograr una eficiencia óptima.
ENNENG se dedica a la investigación y el desarrollo de diversos motores especiales de imanes permanentes de alto y bajo voltaje, baja velocidad y alto par, motores de imanes permanentes de velocidad constante y motores especiales de imanes permanentes de accionamiento directo.
Los motores de imanes permanentes ENNENG se utilizan ampliamente en empresas famosas de China en diferentes campos, incluidas minas de oro, minas de carbón, fábricas de neumáticos, pozos de petróleo y plantas de tratamiento de agua, lo que ha beneficiado a los clientes por el ahorro de energía y la protección del medio ambiente.
