Uno de los motores eléctricos más comunes utilizados en la mayoría de las aplicaciones que se conoce como motor de inducción . Este motor también se llama motor asíncrono porque funciona a una velocidad menor que su velocidad síncrona.
Aquí necesitamos definir qué es la velocidad síncrona. La velocidad síncrona es la velocidad de rotación del campo magnético o simplemente rmf [campo magnético giratorio] en una máquina rotativa y depende de la frecuencia y no. de postes en la máquina. Un motor de inducción siempre funciona a una velocidad menor que la velocidad síncrona porque el campo magnético giratorio que se produce en el estator generará flujo en el rotor que hará que el rotor gire, pero debido al retraso de la corriente de flujo en el rotor con flujo En el estator, el rotor nunca alcanzará su velocidad de campo magnético giratorio, es decir, la velocidad síncrona.
Si obtiene su velocidad síncrona, el rotor se bloqueará y esto nunca sucedería.
Los motores de CA de imán permanente (PMAC) tienen funcionalidades que se superponen parcialmente con las de inducción de CA y servomotores para aplicaciones más grandes y de alta gama que requieren un par, velocidad o posicionamiento medidos con precisión.
En los PMAC, los imanes montados o incrustados en el rotor se acoplan con los campos magnéticos internos inducidos por la corriente del motor generados por la entrada eléctrica al estator. Más específicamente, el rotor en sí contiene imanes permanentes, que están montados en la superficie a la pila de laminación del rotor o incrustados dentro de las laminaciones del rotor. Como en los motores de inducción de CA comunes, la energía eléctrica se suministra a través de los devanados del estator.
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Los campos de imanes permanentes son, por definición, constantes y no están sujetos a fallas, excepto en casos extremos de abuso de imanes y desmagnetización por sobrecalentamiento. PMAC, PM síncrono y CA sin escobillas son términos sinónimos.
Los imanes en motores de imanes permanentes
- Los elementos de tierras raras son aquellos 30 metales que se encuentran en el centro largo de dos filas omitidas a menudo en la tabla periódica; Se utilizan en muchas aplicaciones modernas. Los imanes hechos de metales de tierras raras son aleaciones particularmente potentes con estructuras cristalinas que tienen una alta anistropía magnética, lo que significa que se alinean fácilmente en una dirección y se resisten en otras.
- Descubiertos en la década de 1940 e identificados en 1966, los imanes de tierras raras son un tercio o dos veces más potentes que los imanes de ferrita tradicionales, generando campos de hasta 1,4 Teslas en algunos casos.
- Los imanes permanentes se utilizan en máquinas de resonancia magnética, dispositivos electrónicos portátiles, embragues de histéresis, acelerómetros y, por último, pero no menos importante, motores rotativos y lineales de imanes permanentes.
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16 JUN 2017
La fuerza electromotriz posterior (EMF) es un voltaje que se opone a la corriente que lo causa. De hecho, la EMF inversa surge en cualquier motor eléctrico cuando hay un movimiento relativo entre la armadura portadora de corriente (ya sea rotor o estator) y el campo magnético externo. A medida que el rotor gira (con o sin energía aplicada a los devanados), la rotación mecánica genera un voltaje, por lo que, en efecto, se convierte en un generador. Las unidades típicas son (V / krpm) – voltios / (1,000 rpm).
Un motor PMAC tiene un devanado de estator distribuido sinusoidalmente para producir formas de onda sinusoidales EMF.
Todos los motores PMAC requieren un variador PM para funcionar; No están diseñados para el arranque a través de la línea.
Las unidades compatibles con PMAC (conocidas como unidades PM) sustituyen la parte superior plana de la forma de onda trapezoidal más tradicional con una forma de onda sinusoidal que coincide más estrechamente con el EMF de retorno de PMAC, por lo que la salida de par es más suave. Cada conmutación de fases debe superponerse, disparando selectivamente más de un par de dispositivos de conmutación de energía a la vez. Estas configuraciones de accionamiento de motor pueden funcionar como sistemas de circuito abierto en aplicaciones de rendimiento de rango medio que requieren control de velocidad y par. Aquí, los motores PMAC se colocan bajo control de tipo vectorial.
La forma de onda de voltaje resultante del EMF posterior tiene la forma de una onda sinusoidal (CA) o un trapecio (CC) dependiendo de la fuente de alimentación del variador. De hecho, como exploraremos, la principal diferencia entre los motores de CC de imanes permanentes y PMAC es que cuanto más rápido gira el rotor de un PMAC, se genera un mayor voltaje de EMF de retorno.
De hecho, aunque los PMAC requieren un variador diseñado específicamente para motores PM, la configuración del variador PM es más similar a los variadores vectoriales de flujo para motores de inducción de CA, ya que el variador utiliza técnicas de conmutación de corriente para controlar el par motor y simultáneamente controla tanto el par como flujo actual a través de transformaciones matemáticamente intensivas entre un sistema de coordenadas y otro.
Estos accionamientos PM utilizan datos del motor y mediciones de corriente para calcular la posición del rotor; Los cálculos del procesador de señal digital (DSP) son bastante precisos. Durante cada intervalo de muestreo, el sistema de CA trifásico, que depende del tiempo y la velocidad, se transforma en un sistema rotativo de dos coordenadas en el que cada corriente se expresa y controla como la suma de dos vectores.
Muchos ingenieros asocian la construcción de imanes permanentes con servomotores de CC, pero los motores PMAC más nuevos ahora son una opción y superan la eficiencia de densidad de potencia de los motores de inducción de CA tradicionales. Por ejemplo, la tecnología de imán permanente Platinum eâ „¢ de Leeson reduce las pérdidas del rotor para ahorrar energía para innumerables motores de potencia fraccionaria e integral; un diseño de imán radial pendiente de patente mejora en gran medida la eficiencia del motor y la potencia de salida específica. También es posible el funcionamiento a velocidad variable en aplicaciones de par constante y variable.
Fuerza, par y velocidad
En los motores PMAC, la velocidad es una función de la frecuencia, igual que con los motores de inducción. Sin embargo, los motores PMAC giran a la misma velocidad que el campo magnético producido por los devanados del estator; Es una máquina síncrona. Por lo tanto, si el campo gira a 1.800 rpm, el rotor también gira a 1.800 rpm, y cuanto mayor sea la frecuencia de entrada del variador, más rápido gira el motor.
La mayoría de los fabricantes de motores síncronos mantienen constante el recuento de polos, por lo que la frecuencia de entrada determina la velocidad del motor. Por ejemplo, para un motor de 48 cuadros con seis polos, la frecuencia de entrada del motor desde el variador debe ser de 90 Hz para obtener 1.800 rpm. Para extraer la misma velocidad de un motor de 180 polos y 10 polos, la frecuencia de entrada debe ser de 150 Hz. Para calcular la frecuencia de entrada requerida (Hz) cuando se conoce el número de polos y la velocidad:
Los motores PMAC son adecuados para aplicaciones de par variable o constante, donde los parámetros de accionamiento y aplicación dictan al motor cuánto par producir a cualquier velocidad dada. Esta flexibilidad también hace que los PMAC sean adecuados para la operación de velocidad variable que requiere una eficiencia ultra alta del motor.
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16 JUN 2017
Motores síncronos y operación de reluctancia conmutada
- Un motor de CA de imán permanente (PMAC) es un motor síncrono, lo que significa que su rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio interno del motor. Otras tecnologías síncronas de CA incluyen motores de histéresis, motores más grandes excitados por CC y motores de resistencia comunes. Este último incluye tanto un estator como un rotor con múltiples proyecciones; los polos del estator están envueltos con devanados que se energizan, mientras que las proyecciones de acero magnéticamente permeables del rotor actúan como polos salientes que almacenan energía magnética por reluctancia, aprovechando la tendencia del flujo magnético a seguir el camino de menor reluctancia magnética para alinear repetidamente el rotor y postes del estator.
- Tenga en cuenta que esta iteración del motor de reluctancia conmutada se puede construir para entregar hasta 200 hp, superponiéndose con las capacidades del motor de inducción y PMAC. En motores de reluctancia conmutada, las bobinas del estator se energizan sincrónicamente con la rotación del rotor, con fases superpuestas. Mientras que los motores de reluctancia se usan típicamente como motores paso a paso de bucle abierto, su derivada de reluctancia conmutada (también llamada a veces reluctancia variable) se opera típicamente bajo control de bucle cerrado. De hecho, los motores paso a paso son algo similares a la reluctancia conmutada, y se mueven a cada posición definida del rotor, lo que resulta en una alta repetibilidad y precisión.
- Los motores de reluctancia conmutada producen una alta eficiencia y control, y producen un 100% de par en la parada indefinidamente, útil para aplicaciones que requieren retención. Finalmente, aunque se debe superar la fluctuación de par, los motores de reluctancia conmutada pueden funcionar a velocidades más altas que los PMAC, ya que carecen de restricciones de EMF.
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16 JUN 2017
El engranaje, la sacudida no deseada durante el giro del motor al superar repetidamente la atracción de los imanes permanentes y la estructura de acero del estator, a menudo se asocia con motores PM. Particularmente en el arranque, el engranaje surge de la interacción de los imanes del rotor y el devanado del estator cuando está energizado, debido a los armónicos. El engranaje a su vez causa ruido, vibración y rotación no uniforme. Muchos métodos para reducir el engranaje se pueden aprovechar para eliminar el par y la ondulación de la velocidad. Algunos motores PMAC están diseñados con más polos de rotor que los motores de inducción de CA equivalentes, lo que ayuda a reducir estos problemas.
Funcionalidad de circuito cerrado
En casos especiales, los motores PMAC se emplean en configuraciones de circuito cerrado utilizando retroalimentación de velocidad. La retroalimentación permite que el variador rastree la posición exacta del rotor, para proporcionar un verdadero rango de velocidad infinita, incluido el par completo a velocidad cero. La referencia de velocidad requerida de una fuente externa puede ser una señal analógica o codificadora, o un comando en serie de un dispositivo de retroalimentación en un eje que uno desea seguir. Esta es normalmente una señal de velocidad, a veces procesada en el variador antes de que se use como comando.
Limitaciones y desafíos.
La velocidad de PMAC está limitada por el EMF posterior porque este último aumenta directamente con la velocidad del motor. El motor está conectado al variador electrónico y sus componentes electrónicos están diseñados para un voltaje máximo por encima del voltaje nominal del variador. Normalmente, el motor y los controles están diseñados para funcionar muy por debajo del voltaje máximo de los componentes. Sin embargo, si la velocidad del motor excede el rango de velocidad de diseño (ya sea alimentado por el control o impulsado por la carga), es posible exceder el voltaje máximo de los componentes del variador y causar fallas. Tenga en cuenta que los variadores son capaces de limitar la EMF del motor cuando funciona correctamente. Sin embargo, si la unidad falla y pierde el control durante la sobrevelocidad, no puede protegerse.
Además, el control del motor PMAC requiere algunos conocimientos técnicos para su implementación: todos los motores PMAC disponibles comercialmente requieren un variador compatible con PM para funcionar, aunque hay una investigación en curso en el desarrollo de un motor PMAC de arranque en línea.
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16 JUN 2017
Prominencia
- En referencia a los motores PMAC, la saliencia se refiere a la diferencia en la inductancia del motor en los terminales del motor cuando se gira el rotor del motor. Esta diferencia corresponde a la alineación y desalineación del rotor del estator, una característica que el motor de un motor sigue para controlar la posición del rotor durante el funcionamiento.
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16 JUN 2017
No todos los variadores de CA son adecuados para la operación de motores PMAC; solo son adecuados los variadores diseñados específicamente para la compatibilidad con motores de imanes permanentes. Aquí, un parámetro en la programación del variador a menudo permite que un operador configure el variador para un motor PM. Algunas unidades no diseñadas específicamente para este uso pueden funcionar y controlar motores PM, aunque el rendimiento se degrada y uno puede dañar el motor o la unidad si no coinciden.
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16 JUN 2017
Motores de flujo axial y radial.
- Al igual que con otros diseños de motores que incluyen imanes permanentes, existen motores de flujo axial PMAC. En estos motores, la fuerza magnética (a través del entrehierro) está en el mismo plano que el eje del motor, a lo largo de la longitud del motor. Se puede pensar que el flujo axial tiene la misma orientación que los frenos de disco en un vehículo normal, ya que el disco gira como el rotor en un diseño de flujo axial. Los motores de flujo radial son el diseño más tradicional, en el que la fuerza magnética es perpendicular a la longitud del eje del motor.
- El factor de forma de un diseño determina qué orientación es la más adecuada: ¿La maquinaria requiere un motor radial más largo y delgado o es más apropiado un diseño axial “panqueque”? El factor determinante final puede ser costoso ya que el diseño axial, una vez diseñado para la producción, proporciona un par equivalente pero usa menos material activo para una mejor densidad de potencia. Aunque todavía no es adecuado para aplicaciones de ascensores, los ingenieros están desarrollando motores radiales PMAC para incorporar diseños PMAC de entrehierro axial en los ascensores sin salas de máquinas.
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16 JUN 2017
Finalmente, las altas temperaturas de funcionamiento o de corriente pueden hacer que los imanes de los motores PMAC pierdan sus propiedades magnéticas. Los imanes permanentes, una vez desmagnetizados, no pueden recuperarse, incluso si la corriente o la temperatura vuelven a los niveles normales. Las unidades PM reducen el riesgo de desmagnetización de alta corriente con protección contra sobrecorriente. Algunos diseños de motores minimizan aún más la posibilidad de desmagnetización con imanes de alta temperatura, termostatos integrados y temperatura de funcionamiento restringida del motor.
3ra de 3 tecnologías: Servomotores
Los servomotores son motores que utilizan retroalimentación para el control de circuito cerrado de sistemas en los que el trabajo es la variable. Los motores de inducción de CA diseñados para la operación del servo están enrollados con dos fases en ángulo recto. Un devanado de referencia fijo es excitado por una fuente de voltaje fijo, mientras que el control de un voltaje de control variable desde un servoamplificador excita el devanado. Los devanados a menudo se diseñan con la misma relación de voltaje a vueltas, de modo que las entradas de potencia a la máxima excitación de fase fija y a la máxima señal de fase de control están en equilibrio. Cualquier motor diseñado para uso servo es típicamente de 25 a 50% más pequeño que otros motores con salida similar, y la inercia reducida del rotor hace que la respuesta sea más rápida. Por ejemplo, los servomotores de CA se usan en aplicaciones que requieren características de respuesta rápidas y precisas, por lo que estos motores de inducción tienen un diámetro pequeño para baja inercia y arranques, paradas e inversiones rápidas. La alta resistencia proporciona características de velocidad-torque casi lineales para un control preciso.
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16 JUN 2017
Conceptos básicos de conmutación
- La conmutación se refiere a cómo la corriente se dirige con precisión a la matriz de bobinas de un rotor de CC cepillado, para generar el par necesario a través de cepillos y un conmutador. Un conmutador está montado en el eje del rotor e incluye almohadillas, sobre las cuales descansan los cepillos.
- La corriente se conduce desde las escobillas al conmutador y luego a las bobinas conectadas a medida que el rotor gira. A veces, el término conmutación se usa para referirse a la operación del motor de CC sin escobillas, a pesar de que la electrónica y un sensor en el eje del rotor reemplazan cualquier escobilla o conmutador. En este caso, la corriente sigue siendo conmutada pero por la electrónica.
- El término pierde significado en el mundo de los motores de CA, aunque a veces se refiere incorrectamente a cómo se genera el voltaje de CA en el variador.
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16 JUN 2017
Los motores de CC de campo bobinado (con segmentos de cobre en el rotor conectados por bobinados de alambre magnético y bobinados de estator) son otra opción. Sin embargo, con mayor frecuencia, los motores de CC de escobillas compactos (que emplean imanes permanentes fijados en el interior del bastidor del motor, además de una armadura enrollada giratoria y cepillos de conmutación) se utilizan como servomotores, porque el control de velocidad es fácil: la única variable es la tensión aplicada a La armadura giratoria. No hay devanados de campo para excitar, por lo que estos motores usan menos energía que los diseños de CC bobinados y tienen una mejor densidad de potencia que los motores de campo bobinado. Los motores de CC cepillados con servoconstrucción también incluyen más alambre enrollado en las laminaciones, para aumentar el par.
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16 JUN 2017
DC servocontrol: sofisticado
- Abundan los controles de velocidad confiables para motores DC. Muchos usan dispositivos de estado sólido; Los rectificadores controlados con silicio (SCR o tiristores) son comunes y convierten el voltaje de línea de CA en voltaje de CC controlado que se aplica a la armadura del motor de CC. El aumento de voltaje aumenta la velocidad, por lo que a veces esto se denomina control de voltaje de armadura. Es altamente efectivo para motores de hasta aproximadamente 3 hp, permitiendo una regulación de velocidad de 60: 1 y un par constante incluso a velocidades reducidas.
- Servocontrol, por otro lado, lleva el control al siguiente nivel con retroalimentación, y es adecuado para diseños más grandes.
- Los motores de CC de alto voltaje generalmente se usan con un controlador SCR o PWM en aplicaciones que requieren velocidad ajustable y par constante en todo el rango de velocidad.
- La clasificación SCR (motor de uso general) que se muestra aquí se usa ampliamente en aplicaciones que requieren frenado dinámico o velocidad y marcha atrás ajustables. El diseño del portaescobillas proporciona un fácil acceso, mientras que las escobillas son grandes para una vida útil prolongada.
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16 JUN 2017
Los motores trifásicos PMDC (motores sin escobillas) también se usan comúnmente para aplicaciones de servo. La mayoría de los devanados de CC sin escobillas están interconectados en una matriz, y la mayoría de las unidades están equipadas con un trío de sensores Hall en un extremo del estator. Estos sensores Hall emiten señales altas y bajas cuando pasan los polos magnéticos sur y norte del rotor, para permitir el seguimiento de la secuencia de activación y la posición del rotor.
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16 JUN 2017
Motores de CC de imán permanente en aplicaciones servo
- Hoy en día, muchos motores PM son de CC y se utilizan en aplicaciones de servo que requieren velocidad ajustable. Para paradas rápidas, esto puede minimizar el tamaño del freno mecánico (o eliminar el freno) al aprovechar el frenado dinámico (energía generada por el motor alimentada a una rejilla de resistencia) o el frenado regenerativo (energía generada por el motor devuelta al suministro de CA). Además, la velocidad del motor PMDC se puede controlar suavemente hasta cero, seguido inmediatamente por la aceleración en la dirección opuesta sin conmutación del circuito de alimentación. En los típicos motores de corriente continua sin escobillas trifásicos, la energización se controla electrónicamente. En algunos diseños, se instalan imanes permanentes en el estator. Los diseños más comunes incluyen estatores con laminaciones de acero apiladas y bobinados a través de ranuras axiales; Se instalan imanes permanentes en el rotor. Aquí, el devanado del estator se enrolla trapezoidalmente para generar una forma de onda trapezoidal EMF con conmutación de seis pasos. Los interruptores de CC sin escobillas activan los pares cambiantes de fases del motor en una secuencia de conmutación predefinida. La mayoría de las unidades están equipadas con un trío de sensores Hall en un extremo del estator, para permitir el seguimiento de la secuencia de activación y la posición del rotor. El par de salida tiene una ondulación de par considerable, que ocurre en cada paso de la conmutación trapezoidal. Sin embargo, debido a una alta relación de par a inercia, los motores de CC sin escobillas responden rápidamente a los cambios de señal de control, lo que los hace útiles en aplicaciones de servo.
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16 JUN 2017
En su forma más básica, el accionamiento de un servomotor recibe un comando de voltaje que representa la corriente deseada del motor. El servomotor se modela en términos de amortiguación de inercia (incluido el servomotor y la inercia de carga) y una constante de par. La carga se considera rígidamente acoplada para que la resonancia mecánica natural supere con seguridad el ancho de banda del servocontrolador. La posición del motor generalmente se mide mediante un codificador o resolutor acoplado al eje del motor.
Un servocontrol básico generalmente contiene un generador de trayectoria y un controlador PID: el primero proporciona comandos de punto de ajuste de posición; este último usa un error de posición para emitir un comando de par correctivo que a veces se escala a la generación de par del motor para una corriente específica (constante de par).
Capacidades del servomotor para fuerza, par, velocidad y otros factores: el servocontrol exhibe menos error de estado estable, respuestas transitorias y sensibilidad a los parámetros de carga que los sistemas de circuito abierto. La mejora de la respuesta transitoria aumenta el ancho de banda del sistema, para tiempos de asentamiento más cortos y un mayor rendimiento. Minimizar los errores de estado estacionario aumenta la precisión. Finalmente, la reducción de la sensibilidad de la carga permite que un sistema de movimiento tolere fluctuaciones en el voltaje, el par y la inercia de la carga.
Típicamente, un perfil se programa para instrucciones que definen la operación en términos de tiempo, posición y velocidad: un servocontrolador digital envía señales de comando de velocidad a un amplificador, que acciona el servomotor. Con la ayuda de resolvers, codificadores o tacómetros de retroalimentación (montados en el motor o en la carga), el controlador compara la posición y velocidad reales con el perfil de movimiento objetivo, y se corrigen las diferencias.
Limitaciones del servomotor
Lo más importante es que el mayor rendimiento de los diseños de servomotores tiene un costo dramáticamente mayor.
Además, hay dos situaciones en las que disminuye la eficiencia del servomotor: bajo voltaje y alto par. En resumen, los servomotores se emplean con mayor frecuencia debido a su capacidad para producir un par máximo alto, lo que proporciona una aceleración rápida, pero un par elevado a menudo requiere que los servomotores funcionen dos o tres veces su rango de par normal, lo que degrada la eficiencia.
Finalmente, los servos están diseñados para operar en una amplia gama de voltajes (ya que así es como varía su velocidad) pero la eficiencia disminuye con el voltaje.
Comparación de motores de inducción, motores de imanes permanentes de CA y servomotores
Los diseñadores y el personal del motor se benefician al encontrar un proveedor que es un recurso experimentado de información para ayudar en la selección pragmática del motor. Involucre a especialistas en aplicaciones lo antes posible, ya que pueden ayudar a desarrollar prototipos, diseños eléctricos y mecánicos personalizados, montajes y cajas de engranajes. Esto también reduce los costos asociados con plazos de entrega más cortos y entregas urgentes.
Al final, todos los subtipos de motores industriales tienen fortalezas y debilidades, además de nichos de aplicación para los que son más adecuados. Por ejemplo, muchas aplicaciones industriales son esencialmente un par constante, como los transportadores. Otros, como los sopladores centrífugos, requieren que el par varíe según el cuadrado de la velocidad. Por el contrario, las máquinas herramienta y los devanadores centrales tienen una potencia constante, y el par disminuye a medida que aumenta la velocidad. ¿Qué motores son más adecuados en estas situaciones? Como exploraremos, la relación velocidad-par y los requisitos de eficiencia a menudo determinan el motor más apropiado.
Resumen de los pros y los contras de cada tipo de motor
PMAC
Servo motor
VELOCIDAD
Menor rango de velocidad que los motores PMAC • El rango de velocidad es una función del variador que se utiliza, hasta 1,000: 1 con un codificador, 120: 1 bajo control orientado al campo
Los motores PMAC accionados por VFD se pueden usar en casi todos los motores de inducción y algunas aplicaciones de servo. • La velocidad típica de aplicación del servomotor – hasta 10,000 rpm – está fuera del rango del motor PMAC
Alcanza las 10.000 rpm • Los servomotores de CC sin escobillas también funcionan a todas las velocidades mientras mantienen la carga nominal
EFICIENCIA
Incluso las unidades de eficiencia premium NEMA exhiben eficiencias degradadas a baja carga
Más eficiente que los motores de inducción, por lo que funciona más frío bajo las mismas condiciones de carga
Diseñado para operar en un amplio rango de voltajes (ya que así es como varía su velocidad) pero la eficiencia cae con el voltaje
FIABILIDAD
El calor residual es capaz de degradar el aislamiento esencial para la operación del motor • Años de servicio comunes con una operación adecuada
Las temperaturas de operación más bajas reducen el desgaste y el mantenimiento. • Extiende la vida útil de los rodamientos y el aislamiento. • Construcción robusta para años de operación sin problemas en ambientes hostiles.
Problemas motores físicos mínimos; Las servo aplicaciones exigentes requieren un tamaño cuidadoso o pueden amenazar con fallar
DENSIDAD DE PODER
La inducción producida por el rotor de la jaula de ardilla limita inherentemente la densidad de potencia.
Los imanes permanentes de tierras raras producen más flujo (y par resultante) para su tamaño físico que los tipos de inducción
Capaz de par de torsión alto para una aceleración rápida
EXACTITUD
El vector de flujo y el control orientado al campo permiten cierta precisión de los servos
Sin retroalimentación, puede ser difícil de localizar y posicionar según la precisión de los servomotores.
El funcionamiento del servomotor de circuito cerrado utiliza retroalimentación para una precisión de velocidad de ± 0.001% de la velocidad base
COSTO
Costo inicial relativamente modesto; mayores costos de operación
Exhibe una mayor eficiencia, por lo que su uso de energía es menor y el rendimiento total de su costo de compra inicial se realiza más rápidamente
El precio puede ser diez veces mayor que el de otros sistemas.
PMAC versus servomotores
Los servomotores se utilizan en aplicaciones de control de movimiento donde la baja inercia y la respuesta dinámica son importantes. De hecho, muchos motores utilizados para aplicaciones de servo son similares a los motores PMAC pero usan controladores especiales (amplificadores) y retroalimentación para controlar la posición en lugar de solo la velocidad. Sin embargo, el precio de los servosistemas puede ser alto, a menudo de 10 a 20 veces mayor que el de un motor de inducción de capacidad equivalente. Las aplicaciones que requieren un rendimiento cercano al servo son candidatos adecuados para motores PMAC, que se benefician de su relación costo-rendimiento. Caso en cuestión: los PMAC son adecuados para las operaciones típicas de la bomba, que generalmente funcionan a velocidad variable entre el 75% y el 85% de la velocidad máxima.
Los motores PMAC no son adecuados en aplicaciones de servomotores que se aproximan a 10,000 rpm, fuera del rango de motores PMAC. Además, sin comentarios para el PMAC, los diseñadores pueden encontrar dificultades para ubicar y posicionar con la precisión precisa que los servomotores a menudo deben entregar.
Ahora compare los motores PMAC con los más utilizados para aplicaciones de servo: motores de corriente continua sin escobillas. Una forma de onda de accionamiento de CC sin escobillas tradicional es trapezoidal; aquí, dos de los tres cables del motor se usan para las fases, y el tercero se usa para cazar, por lo que cambia regularmente los campos. En contraste, los tres cables del PMAC se usan activamente; Las formas de onda de entrada son sinusoidales, para aumentar la eficiencia y minimizar el ruido y la vibración.
Como se mencionó, los patrones de bobinado del estator del motor suelen estar especializados para una forma de onda específica. No se pueden diferenciar por inspección visual.
Un controlador que produce formas de onda trapezoidales es menos costoso que aquellos que producen formas de onda sinusoidales. Sin embargo, los controladores y motores sinusoidales producen una rotación del eje más constante que la trapezoidal, y la inercia del rotor, la clasificación del motor y las características específicas del controlador aumentan la diferencia en el rendimiento.
En las curvas de potencia integral, considere cómo la curva del motor de inducción de CA más allá de 60 Hz cae asintóticamente al eje X: aunque genera un par constante a 60 Hz (y típicamente genera una potencia constante de 60 a aproximadamente 90 Hz) a aproximadamente 35 a 40% de carga, el par se cae. En contraste, un PMAC es estable desde la línea de carga del 40% hasta aproximadamente del 120 al 150% y mantiene la eficiencia y el par del sistema. Debido a que un rotor de imán permanente carece de conductores (barras de rotor) no hay pérdidas I2R, por lo que con todo lo demás igual, un motor PMAC es inherentemente más eficiente.
Una advertencia: en aplicaciones de bajo voltaje (cualquier cosa por debajo de 110 V), los motores de inducción de CC o CA sin escobillas tradicionales siguen siendo mejores opciones que los motores PMAC, aunque se está trabajando para abordar los problemas que surgen en estas situaciones.
En resumen, los motores de CC sin escobillas se construyen comúnmente para voltajes de hasta 12 o 24 V. Sin embargo, enrollar un PMAC para este voltaje es, en efecto, tomar 200 o 300 hp y enrollarlo para 200 V. Aquí, los tamaños de plomo pueden crecer hasta el tamaño de una taza de café promedio (un resultado inane) y enrollar el cable magnético de dicho motor (con una máquina o con la mano) es problemático, ya que los fabricantes en este caso deben rediseñar el estator y el rotor de manera bastante extensa para garantizar que la configuración es físicamente posible
Motores de inducción versus motores PMAC
Para una comparación de manzanas con manzanas de motores de inducción de CA con motores PMAC, debemos considerar ambos con un variador, ya que este último requiere un variador para su funcionamiento, y no puede conectarse directamente para suministrar energía como lo hacen los motores de CA típicos.
La eficiencia del sistema es mayor para una configuración de motor / accionamiento PMAC de 40% a más de 120% de carga. Además, un motor PMAC exhibe una mayor densidad de potencia que un motor de inducción equivalente: los imanes permanentes de tierras raras producen más flujo para su tamaño físico que la energía magnética y el par resultante producido por un rotor de jaula de ardilla del motor de inducción. En este último, el efecto de la EMF posterior también es más pronunciado: la EMF posterior reduce la corriente y trabaja para desacelerar el motor, y se hace más grande a medida que aumenta la velocidad. Cuando no hay carga presente, se acerca a la magnitud del voltaje de entrada, reduciendo la eficiencia. Tenga en cuenta que, en general, ciertos motores PMAC están clasificados para par variable o constante a 20: 1 sin retroalimentación (circuito abierto) o 2,000: 1 para circuito cerrado (con un codificador).
La velocidad (frecuencia de entrada) tiene menos efecto en la eficiencia del motor PMAC que en los motores de inducción de CA, lo que se traduce en ahorro de energía a velocidades reducidas. Las pérdidas del motor PMAC (lo inverso de la eficiencia) son entre un 15% y un 20% más bajas que los motores de inducción NEMA Premium.
Dependiendo del tamaño del motor, la tasa de servicio eléctrico y el ciclo de trabajo, los diseñadores pueden obtener el retorno total de ciertas compras de motores PMAC en un año. Las clasificaciones de eficiencia de PMAC son de uno a tres índices por encima de NEMA Premium, lo que se traduce en un 10% a 30% menos de pérdidas que un motor convencional. Se estima que la electricidad comprende aproximadamente del 95% al 97% del costo total del ciclo de vida de los motores eléctricos, por lo que el ahorro de energía reduce significativamente la inversión total.
En resumen, debido a su funcionamiento sincrónico, los motores PMAC también ofrecen un mejor rendimiento dinámico y precisión de control de velocidad, un beneficio en aplicaciones de posicionamiento de alta inercia. Aunque el factor de potencia con un variador puede no ser tan alto como una máquina de inducción de solo motor, los motores PMAC generalmente proporcionan una mayor densidad de potencia debido al mayor flujo magnético. Por lo tanto, se puede producir más torque en un tamaño físico dado, o igual torque producido en un paquete más pequeño. Finalmente, los motores PMAC generalmente funcionan más fríamente que los motores de inducción de CA, lo que resulta en una vida útil más larga de los cojinetes y el aislamiento.
Crédito # Google # Wikipedia
