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Projeto e processo de motor de acionamento direto de ímã permanente

2024-01-16 11:09:47

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Princípio de economia de energia do motor de ímã permanente

Eliminação da Corrente de Excitação Reativa

Motores de ímã permanente elimina a necessidade de corrente de excitação reativa, necessária em motores de indução. Isto resulta em uma operação mais eficiente, pois o motor não precisa mais fornecer energia para gerar um campo magnético.

Fator de potência aprimorado

A eliminação da corrente de excitação reativa melhora o fator de potência dos motores de ímã permanente. Isso significa que o motor pode converter mais energia elétrica de entrada em energia mecânica, levando a uma maior eficiência.

Redução da Corrente do Estator e Perdas

Sem a necessidade de corrente de excitação, a corrente do estator em motores de ímã permanente é significativamente reduzida. Esta redução na corrente diminui as perdas nos enrolamentos do estator, melhorando a eficiência geral do motor.

Sem perdas de resistência do rotor

Os motores de ímã permanente não possuem enrolamentos de rotor ou perdas de resistência associadas. Nos motores de indução, essas perdas ocorrem devido à corrente que flui através dos enrolamentos do rotor, mas os motores de ímã permanente as evitam completamente.

Redução das perdas por fricção do ventilador e do vento

Como os motores de ímã permanente são mais eficientes e geram menos calor, a necessidade de resfriamento, como ventiladores, é reduzida. Isto diminui as perdas por fricção do vento, aumentando ainda mais a eficiência do motor.

Comparação de eficiência com motores de indução

Os motores de ímã permanente são geralmente 10 a 15 pontos percentuais mais eficientes que os motores de indução com as mesmas especificações. Esta maior eficiência se deve a menores perdas globais no projeto do motor.

Alta eficiência e fator de potência em uma ampla faixa de carga

Os motores síncronos de ímã permanente mantêm alta eficiência e fator de potência em uma ampla faixa de cargas, de 25% a 120% da carga nominal. Isto os torna particularmente eficazes durante operações com cargas leves, onde permanecem eficientes.

Seleção da estrutura do rotor do motor de acionamento direto de ímã permanente

Formas de pólo magnético

Tipo de superfície

Ímãs montados na superfície são colocados na superfície externa do rotor. Esta configuração é simples e econômica, mas pode ser menos eficiente em velocidades mais altas devido a forças centrífugas mais elevadas.

Tipo integrado

Ímãs permanentes embutidos ou internos estão embutidos no rotor. Este projeto oferece melhor integridade mecânica e pode lidar com velocidades mais altas com mais eficiência.

Direções de excitação

Estrutura Radial

Nas estruturas radiais, o fluxo magnético é direcionado radialmente para fora do rotor para o estator. Esta é uma configuração comum e direta.

Estrutura Tangencial

As estruturas tangenciais direcionam o fluxo magnético tangencialmente. Isto permite uma área de excitação maior e é particularmente adequado para motores multipolares onde é necessário alto torque.

Estrutura Híbrida

As estruturas híbridas combinam recursos de projetos radiais e tangenciais para otimizar o desempenho para aplicações específicas. Estes são menos comuns devido à sua complexidade.

Estrutura do ímã permanente do rotor

Estrutura multipolar

Uma estrutura multipolar é usada para diminuir a velocidade síncrona nominal aumentando o número de pólos. Isto ajuda a alcançar alto torque em baixas velocidades, o que é benéfico para aplicações de acionamento direto.

Otimização de baixa velocidade e alto torque

Para requisitos de baixa velocidade e alto torque, é crucial otimizar o projeto do motor com um número suficiente de pólos e posicionamento apropriado do ímã. Isto garante um desempenho eficiente sem correntes excessivas do inversor.

Considerações sobre design

Frequência de saída do inversor SPWM

A frequência de saída do inversor SPWM deve ser alta (normalmente acima de 25 Hz) para garantir uma faixa de ajuste linear suficiente para o sistema de acionamento.

Velocidade Síncrona Nominal

O motor deve ser projetado para ter uma velocidade síncrona nominal baixa para corresponder à saída do inversor, minimizando a necessidade de altas correntes do inversor e reduzindo os custos e perdas gerais do sistema.

Força do campo magnético de excitação

A intensidade do campo magnético fornecida pelos ímãs permanentes deve ser suficiente para gerar o torque necessário. Isto é conseguido otimizando o tamanho e o posicionamento do ímã.

Estrutura Tangencial para Motores Multipolares

A estrutura tangencial é particularmente adequada para motores multipolares porque permite uma maior área de excitação sob cada pólo, proporcionando fortes campos magnéticos necessários para uma saída de alto torque.

Seleção da estrutura do enrolamento do motor de acionamento direto de ímã permanente

Enrolamentos de Slot Fracionários

Correspondência Pólo-Slot (Q<1)

Ao usar enrolamentos de ranhura fracionária, a correspondência pólo-slot é selecionada de forma que o número de slots por pólo por fase (Q) seja menor que 1. Esta configuração ajuda a otimizar o desempenho do motor.

Vantagens dos enrolamentos de ranhura fracionária

Redução da amplitude de torque dentada

Os enrolamentos de ranhura fracionária ajudam a reduzir a amplitude do torque dentada, o que minimiza as pulsações de torque e melhora a suavidade do motor.

Maior precisão na regulação da velocidade

Ao reduzir o torque de engrenagem, os enrolamentos de ranhura fracionária melhoram a precisão da regulação da velocidade, tornando a operação do motor mais precisa.

Vibração e ruído do motor reduzidos

A operação suave resultante dos enrolamentos de ranhura fracionada leva a níveis mais baixos de vibração e ruído, contribuindo para um desempenho mais silencioso do motor.

Efeito de distribuição aprimorado dos enrolamentos

Os enrolamentos de ranhura fracionária melhoram a distribuição do enrolamento, o que aumenta a natureza senoidal da força eletromotriz traseira (EMF) induzida pelo motor.

Natureza sinusoidal melhorada do EMF posterior

Um EMF posterior mais senoidal resulta em melhor desempenho geral do motor, incluindo distorção harmônica reduzida e operação mais suave.

Utilização Efetiva dos Slots do Estator

Slots menores e maior área de utilização

A utilização de ranhuras menores no estator aumenta a área de utilização efetiva, permitindo um uso mais eficiente do material do estator.

Comprimento reduzido da extremidade da bobina

O comprimento da extremidade da bobina é encurtado em enrolamentos de ranhura fracionária, reduzindo a quantidade de cobre necessária e minimizando as perdas resistivas.

Projeto de enrolamento concentrado

Passo do motor de 1

Um passo do motor de 1 significa que cada bobina é enrolada em torno de um único dente, o que simplifica o processo de enrolamento e aumenta a eficiência do motor.

Circunferência reduzida e comprimento de extensão da bobina

Este projeto reduz a circunferência e o comprimento de extensão da bobina, levando a menores perdas de cobre e maior eficiência.

Redução de Perdas de Cobre

Ao minimizar o comprimento do enrolamento e usar menos cobre, os enrolamentos de ranhura fracionária reduzem as perdas de cobre, o que aumenta a eficiência geral do motor.

Economia de custos e melhoria de eficiência

O projeto de enrolamentos de ranhura fracionária resulta em economia de custos devido ao menor uso de material e menores custos de produção, juntamente com maior eficiência do motor.

ENNENG é líder na área de motores de acionamento direto de ímã permanente.

ENNENG é especializada no desenvolvimento e fabricação de motores de acionamento direto de ímã permanente. Esses motores são projetados com um rotor de ímã permanente e são amplamente utilizados em diversas indústrias, como minas de ouro, minas de carvão, fábricas de pneus, poços de petróleo e estações de tratamento de água. Os motores de acionamento direto de ímã permanente oferecem diversas vantagens em relação aos sistemas de motores tradicionais. Eles eliminam a necessidade de um redutor, resultando em baixo ruído mecânico, pequena vibração e baixa taxa de falhas. Os motores possuem alta eficiência de até 93-97% e fator de potência de até 0.99, levando à economia de energia e aumento da potência ativa no sistema. Comparados aos motores com redutores de velocidade, os motores de acionamento direto de ímã permanente apresentam maior eficiência de transmissão e requerem menos manutenção. Com seu design compacto e desempenho confiável, esses motores são a escolha ideal para aplicações que exigem baixa velocidade e alta potência.

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