Debido a su compacidad y alta densidad de par, los motores síncronos de imanes permanentes se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones industriales, especialmente para sistemas de propulsión de alto rendimiento, como los sistemas de propulsión submarina.Los motores síncronos de imanes permanentes no requieren el uso de anillos colectores para la excitación, lo que reduce el mantenimiento y las pérdidas del rotor.Los motores síncronos de imanes permanentes son muy eficientes y adecuados para sistemas de accionamiento de alto rendimiento, como máquinas herramienta CNC, robótica y sistemas de producción automatizados en la industria.
Generalmente, el diseño y construcción de motores síncronos de imanes permanentes debe considerar tanto la estructura del estator como del rotor para obtener un motor de alto rendimiento.
La estructura del motor síncrono de imán permanente.
Densidad de flujo magnético del entrehierro:Se determina según el diseño de motores asíncronos, etc., el diseño de rotores de imanes permanentes y el uso de requisitos especiales para cambiar los devanados del estator.Además se parte del supuesto de que el estator es un estator ranurado.La densidad de flujo del entrehierro está limitada por la saturación del núcleo del estator.En particular, la densidad máxima de flujo está limitada por el ancho de los dientes del engranaje, mientras que la parte posterior del estator determina el flujo total máximo.
Además, el nivel de saturación permitido depende de la aplicación.Normalmente, los motores de alta eficiencia tienen una densidad de flujo más baja, mientras que los motores diseñados para una densidad de par máxima tienen una densidad de flujo más alta.La densidad máxima de flujo del entrehierro suele estar en el rango de 0,7 a 1,1 Tesla.Cabe señalar que ésta es la densidad de flujo total, es decir, la suma de los flujos del rotor y del estator.Esto significa que si la fuerza de reacción del inducido es baja, significa que el par de alineación es alto.
Sin embargo, para lograr una gran contribución del par de reluctancia, la fuerza de reacción del estator debe ser grande.Los parámetros de la máquina muestran que se requieren principalmente m grandes y una inductancia pequeña L para obtener el par de alineación.Esto suele ser adecuado para operaciones por debajo de la velocidad base, ya que la alta inductancia reduce el factor de potencia.
Material del imán permanente:
Los imanes desempeñan un papel importante en muchos dispositivos, por lo que es muy importante mejorar el rendimiento de estos materiales, y actualmente la atención se centra en materiales basados en tierras raras y metales de transición que pueden obtener imanes permanentes con altas propiedades magnéticas.Dependiendo de la tecnología, los imanes tienen diferentes propiedades magnéticas y mecánicas y presentan diferente resistencia a la corrosión.
Los imanes de NdFeB (Nd2Fe14B) y Samario Cobalto (Sm1Co5 y Sm2Co17) son los materiales de imanes permanentes comerciales más avanzados disponibles en la actualidad.Dentro de cada clase de imanes de tierras raras existe una amplia variedad de grados.Los imanes de NdFeB se comercializaron a principios de los años 1980.Se utilizan ampliamente hoy en día en muchas aplicaciones diferentes.El coste de este material magnético (por producto energético) es comparable al de los imanes de ferrita y, por kilogramo, los imanes de NdFeB cuestan entre 10 y 20 veces más que los imanes de ferrita.
Algunas propiedades importantes utilizadas para comparar imanes permanentes son: remanencia (Mr), que mide la fuerza del campo magnético del imán permanente, fuerza coercitiva (Hcj), la capacidad del material para resistir la desmagnetización, producto energético (BHmax), densidad de energía magnética. ;Temperatura de Curie (TC), temperatura a la que el material pierde su magnetismo.Los imanes de neodimio tienen mayor remanencia, mayor coercitividad y producto energético, pero generalmente son del tipo de temperatura de Curie más baja. El neodimio funciona con terbio y disprosio para mantener sus propiedades magnéticas a altas temperaturas.
Diseño de motor síncrono de imán permanente
En el diseño de un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM), la construcción del rotor de imanes permanentes se basa en la estructura del estator de un motor de inducción trifásico sin cambiar la geometría del estator y los devanados.Las especificaciones y geometría incluyen: velocidad del motor, frecuencia, número de polos, longitud del estator, diámetros interior y exterior, número de ranuras del rotor.El diseño de PMSM incluye pérdida de cobre, contraEMF, pérdida de hierro e inductancia propia y mutua, flujo magnético, resistencia del estator, etc.
Cálculo de autoinductancia e inductancia mutua.:
La inductancia L se puede definir como la relación entre el enlace de flujo y la corriente I productora de flujo, en Henrys (H), igual a Weber por amperio.Un inductor es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía en un campo magnético, similar a cómo un condensador almacena energía en un campo eléctrico.Los inductores suelen consistir en bobinas, normalmente enrolladas alrededor de un núcleo de ferrita o ferromagnético, y su valor de inductancia sólo está relacionado con la estructura física del conductor y la permeabilidad del material a través del cual pasa el flujo magnético.
Los pasos para encontrar la inductancia son los siguientes:1. Supongamos que hay una corriente I en el conductor.2. Utilice la ley de Biot-Savart o la ley del bucle de Ampère (si está disponible) para determinar que B es suficientemente simétrico.3. Calcule el flujo total que conecta todos los circuitos.4. Multiplique el flujo magnético total por el número de bucles para obtener el enlace de flujo y realice el diseño del motor síncrono de imán permanente evaluando los parámetros requeridos.
El estudio encontró que el diseño que utiliza NdFeB como material del rotor de imán permanente de CA aumentó el flujo magnético generado en el entrehierro, lo que resultó en una reducción en el radio interno del estator, mientras que el radio interno del estator usando el samario cobalto permanente. El material del rotor magnético era más grande.Los resultados muestran que la pérdida efectiva de cobre en NdFeB se reduce en un 8,124%.Para el samario cobalto como material magnético permanente, el flujo magnético será una variación sinusoidal.Generalmente, el diseño y construcción de motores síncronos de imanes permanentes debe considerar tanto la estructura del estator como del rotor para obtener un motor de alto rendimiento.
en conclusión
El motor síncrono de imán permanente (PMSM) es un motor síncrono que utiliza materiales altamente magnéticos para la magnetización y tiene las características de alta eficiencia, estructura simple y fácil control.Este motor síncrono de imán permanente tiene aplicaciones en tracción, automoción, robótica y tecnología aeroespacial.La densidad de potencia de los motores síncronos de imanes permanentes es mayor que la de los motores de inducción del mismo régimen porque no hay potencia del estator dedicada a generar el campo magnético..
En la actualidad, el diseño de PMSM requiere no sólo mayor potencia, sino también menor masa y menor momento de inercia.
Hora de publicación: 01-jul-2022