¿Qué es un motor síncrono de imán permanente y su funcionamiento?

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En un sistema eléctrico, motores síncronos son los motores de CA trifásicos de estado estacionario más utilizados, que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Este tipo de motor opera a velocidad síncrona, la cual es constante y es síncrona con la frecuencia de suministro y el período de rotación es igual al no integral. de ciclos de CA. Eso significa que la velocidad del motor es igual al campo magnético giratorio. Este tipo de motor se utiliza principalmente en sistemas de poder para mejorar el factor de potencia. Hay motores síncronos no excitados y excitados por CC, que funcionan de acuerdo con la potencia magnética del motor. Los motores de reluctancia, los motores de histéresis y los motores de imán permanente son los motores síncronos no excitados. Este artículo trata sobre el funcionamiento de un motor síncrono de imanes permanentes.

¿Qué es un motor síncrono de imán permanente?

Los motores síncronos de imanes permanentes son uno de los tipos de motores síncronos de CA, donde el campo es excitado por imanes permanentes que generan EMF sinusoidal. Contiene un rotor y un estator igual que el de un Motor de inducción , pero se utiliza un imán permanente como rotor para crear un campo magnético. Por tanto, no es necesario enrollar el devanado de campo el rotor . También se conoce como motor de onda sinusoidal permanente sin escobillas trifásico. los diagrama de motor síncrono de imán permanente se muestra a continuación.




Motor síncrono de imán permanente

Motor síncrono de imán permanente

Teoría del motor síncrono de imán permanente

Los motores síncronos de imanes permanentes son muy eficientes, sin escobillas, muy rápidos, seguros y ofrecen un alto rendimiento dinámico en comparación con los motores convencionales. Produce un par suave, bajo nivel de ruido y se utiliza principalmente para aplicaciones de alta velocidad como robótica . Es un motor síncrono de CA trifásico que funciona a velocidad síncrona con la fuente de CA aplicada.



En lugar de utilizar bobinado para el rotor, se montan imanes permanentes para crear un campo magnético giratorio. Como no hay suministro de fuente de CC, estos tipos de motores son muy simples y de menor costo. Contiene un estator con 3 devanados instalados en él y un rotor con un imán permanente montado para crear polos de campo. La alimentación de CA de entrada trifásica se entrega al estator para que comience a funcionar.

Principio de funcionamiento

los Principio de funcionamiento del motor síncrono de imán permanente es similar al motor síncrono. Depende del campo magnético giratorio que genera fuerza electromotriz a velocidad sincrónica. Cuando el devanado del estator se energiza proporcionando el suministro trifásico, se crea un campo magnético giratorio entre los espacios de aire.

Esto produce el par cuando los polos del campo del rotor mantienen el campo magnético giratorio a una velocidad sincrónica y el rotor gira continuamente. Como estos motores no son motores de arranque automático, es necesario proporcionar una fuente de alimentación de frecuencia variable.


EMF y ecuación de par

En una máquina síncrona, la EMF promedio inducida por fase se llama EMF inducida dinámica en un motor síncrono, el flujo cortado por cada conductor por revolución es Pϕ Weber
Entonces, el tiempo necesario para completar una revolución es de 60 / N seg.

La EMF promedio inducida por conductor se puede calcular usando

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Dónde Tph = Zph / 2

Por lo tanto, el EMF promedio por fase es,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Donde Tph = no. De vueltas conectadas en serie por fase

ϕ = flujo / polo en weber

P = no. De polos

F = frecuencia en Hz

Zph = no. De conductores conectados en serie por fase. = Zph / 3

La ecuación EMF depende de las bobinas y los conductores del estator. Para este motor, también se considera el factor de distribución Kd y el factor de paso Kp.

Por eso, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

La ecuación de par de un motor síncrono de imanes permanentes se da como,

T = (3 x Eph x Iph x senβ) / ωm

Control directo de par de motor síncrono de imán permanente

Para controlar el motor síncrono de imanes permanentes, utilizamos diferentes tipos de sistemas de control . Dependiendo de la tarea, se utiliza la técnica de control necesaria. Los diferentes métodos de control del motor síncrono de imanes permanentes son,

Categoría sinusoidal

  • Escalar
  • Vector: control orientado al campo (FOC) (con y sin sensor de posición)
  • Control de par directo

Categoría trapezoidal

  • Lazo abierto
  • Bucle cerrado (con y sin sensor de posición)

La tecnología de control de par directo de este motor es un circuito de control muy simple con un rendimiento dinámico efectivo y un buen rango de control. No requiere ningún sensor de posición para el rotor. La principal desventaja de utilizar este método de control es que produce un par elevado y una fluctuación de corriente.

Construcción

los construcción de motor síncrono de imán permanente es similar al motor síncrono básico, pero la única diferencia es con el rotor. El rotor no tiene ningún devanado de campo, pero los imanes permanentes se utilizan para crear polos de campo. Los imanes permanentes utilizados en el PMSM están compuestos de samario-cobalto y medio, hierro y boro debido a su mayor permeabilidad.

El imán permanente más utilizado es el neodimio-boro-hierro debido a su costo efectivo y facilidad de disponibilidad. En este tipo, los imanes permanentes se montan en el rotor. Basado en el montaje del imán permanente en el rotor, la construcción de un motor síncrono de imán permanente se divide en dos tipos. Son,

PMSM de superficie

En esta construcción, el imán está montado en la superficie del rotor. Es adecuado para aplicaciones de alta velocidad, ya que no es robusto. Proporciona un espacio de aire uniforme porque la permeabilidad del imán permanente y el espacio de aire es la misma. Sin par de reticencia, alto rendimiento dinámico y adecuado para dispositivos de alta velocidad como robótica y accionamientos de herramientas.

Montadas en superficie

Montadas en superficie

PMSM enterrado o PMSM interior

En este tipo de construcción, el imán permanente está incrustado en el rotor como se muestra en la figura siguiente. Es adecuado para aplicaciones de alta velocidad y obtiene robustez. El par de reticencia se debe a la prominencia del motor.

PMSM enterrado

PMSM enterrado

Funcionamiento del motor síncrono de imán permanente

El funcionamiento del motor síncrono de imanes permanentes es muy simple, rápido y efectivo en comparación con los motores convencionales. El funcionamiento de PMSM depende del campo magnético giratorio del estator y del campo magnético constante del rotor. Los imanes permanentes se utilizan como rotor para crear un flujo magnético constante, funciona y se bloquea a una velocidad sincrónica. Estos tipos de motores son similares a los motores de CC sin escobillas.

Los grupos fasores se forman uniendo los devanados del estator entre sí. Estos grupos de fasores se unen para formar diferentes conexiones como una estrella, Delta, fases dobles y simples. Para reducir los voltajes armónicos, los devanados deben enrollarse brevemente entre sí.

Cuando se suministra alimentación de CA trifásica al estator, se crea un campo magnético giratorio y se induce el campo magnético constante debido al imán permanente del rotor. Este rotor opera en sincronismo con la velocidad sincrónica. Todo el funcionamiento del PMSM depende del espacio de aire entre el estator y el rotor sin carga.

Si el entrehierro es grande, entonces se reducirán las pérdidas de viento del motor. Los polos de campo creados por el imán permanente son sobresalientes. Los motores síncronos de imanes permanentes no son motores de arranque automático. Entonces, es necesario controlar la frecuencia variable del estator electrónicamente.

Motor síncrono de imán permanente vs BLDC

Las diferencias entre el motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) y BLDC ( motores DC sin escobillas ) Incluya lo siguiente.

Motor síncrono de imán permanente

BLDC

Estos son motores síncronos de CA sin escobillasEstos son motores de CC sin escobillas
Las ondas de par están ausentesHay ondulaciones de par
La eficiencia del rendimiento es altaLa eficiencia del rendimiento es baja
Más eficienteMenos eficiente
Utilizado en aplicaciones industriales, automóviles, servomotores, robótica, accionamientos de trenes, etc.Se utiliza en sistemas de potencia de dirección electrónica, sistemas HVAC, accionamientos de trenes híbridos (eléctricos), etc.
Produce poco ruidoProduce mucho ruido.

Ventajas

los ventajas del motor síncrono de imanes permanentes incluir,

  • proporciona una mayor eficiencia a altas velocidades
  • disponible en tamaños pequeños en diferentes paquetes
  • El mantenimiento y la instalación es muy fácil que un motor de inducción.
  • capaz de mantener el par máximo a bajas velocidades.
  • alta eficiencia y confiabilidad
  • proporciona un par suave y un rendimiento dinámico

Desventajas

Las desventajas de los motores síncronos de imanes permanentes son,

  • Este tipo de motores son muy caros en comparación con los motores de inducción.
  • De alguna manera es difícil de poner en marcha porque no son motores de arranque automático.

Aplicaciones

Las aplicaciones de motores síncronos de imanes permanentes son,

  • Acondicionadores de aire
  • Refrigeradores
  • Compresores AC
  • Lavadoras, que son de accionamiento directo.
  • Dirección asistida eléctrica automotriz
  • Herramientas de máquina
  • Grandes sistemas de potencia para mejorar el factor de potencia adelantado y rezagado
  • Control de tracción
  • Unidades de almacenamiento de datos.
  • Servoaccionamientos
  • Aplicaciones industriales como robótica, aeroespacial y muchas más.

Por lo tanto, se trata de una descripción general del motor síncrono de imanes permanentes - definición, funcionamiento, principio de funcionamiento, diagrama, construcción, ventajas, desventajas, aplicaciones, fem y ecuación de par. Aquí hay una pregunta para usted, ”¿Cuál es el propósito de usar un imán permanente en motores síncronos?