O que é um motor síncrono de ímã permanente e seu funcionamento

Em um sistema elétrico, motores síncronos são os motores CA trifásicos de estado estacionário mais amplamente usados, que convertem energia elétrica em energia mecânica. Este tipo de motor opera em velocidade síncrona, que é constante e é síncrona com a freqüência de alimentação e o período de rotação é igual ao integral no. de ciclos AC. Isso significa que a velocidade do motor é igual ao campo magnético em rotação. Este tipo de motor usado principalmente em sistemas de energia para melhorar o fator de potência. Existem motores síncronos não excitados e com excitação CC, que operam de acordo com a potência magnética do motor. Motores de relutância, motores de histerese e motores de ímã permanente são os motores síncronos não excitados. Este artigo é sobre o funcionamento de um motor síncrono de ímã permanente.

O que é um motor síncrono de ímã permanente?

Os motores síncronos de ímã permanente são um dos tipos de motores síncronos CA, onde o campo é excitado por ímãs permanentes que geram EMF de volta senoidal. Ele contém um rotor e estator igual ao de um motor de indução , mas um ímã permanente é usado como rotor para criar um campo magnético. Portanto, não há necessidade de enrolar o enrolamento de campo o rotor . É também conhecido como motor de onda sinusoidal permanente sem escovas trifásico. O diagrama de motor síncrono de ímã permanente é mostrado abaixo.

Motor Síncrono de Imã Permanente

Teoria do motor síncrono de ímã permanente

Os motores síncronos de ímã permanente são muito eficientes, sem escova, muito rápidos, seguros e oferecem alto desempenho dinâmico quando comparados aos motores convencionais. Produz torque suave, baixo ruído e usado principalmente para aplicações de alta velocidade como robótica . É um motor síncrono CA trifásico que funciona em velocidade síncrona com a fonte CA aplicada.

Em vez de usar enrolamento para o rotor, ímãs permanentes são montados para criar um campo magnético giratório. Como não há fornecimento de fonte DC, estes tipos de motores são muito simples e de menor custo. Ele contém um estator com 3 enrolamentos instalados nele e um rotor com um ímã permanente montado para criar pólos de campo. A alimentação CA da entrada trifásica é fornecida ao estator para iniciar o trabalho.

Princípio de trabalho

O princípio de funcionamento do motor síncrono de ímã permanente é semelhante ao motor síncrono. Depende do campo magnético giratório que gera força eletromotriz em velocidade síncrona. Quando o enrolamento do estator é energizado fornecendo alimentação trifásica, um campo magnético giratório é criado entre os entreferros.

Isso produz o torque quando os pólos do campo do rotor mantêm o campo magnético giratório em velocidade síncrona e o rotor gira continuamente. Como esses motores não são motores de partida automática, é necessário fornecer uma fonte de alimentação de frequência variável.

EMF e Equação de Torque

Em uma máquina síncrona, a EMF média induzida por fase é chamada de EMF induzida dinâmica em um motor síncrono, o fluxo cortado por cada condutor por revolução é Pϕ Weber
Então, o tempo necessário para completar uma revolução é 60 / N seg

O EMF médio induzido por condutor pode ser calculado usando

(PϕN / 60) x Zph = (PϕN / 60) x 2Tph

Onde Tph = Zph / 2

Portanto, o EMF médio por fase é,

= 4 x ϕ x Tph x PN / 120 = 4ϕfTph

Onde Tph = não. De espiras conectadas em série por fase

ϕ = fluxo / pólo em weber

P = não. De pólos

F = frequência em Hz

Zph = não. De condutores conectados em série por fase. = Zph / 3

A equação EMF depende das bobinas e dos condutores do estator. Para este motor, o fator de distribuição Kd e o fator de passo Kp também são considerados.

Conseqüentemente, E = 4 x ϕ x f x Tph xKd x Kp

A equação de torque de um motor síncrono de ímã permanente é dada como,

T = (3 x Eph x Iph x sinβ) / ωm

Controle de torque direto do motor síncrono de ímã permanente

Para controlar o motor síncrono de ímã permanente, usamos diferentes tipos de sistemas de controle . Dependendo da tarefa, a técnica de controle necessária é usada. Os diferentes métodos de controle do motor síncrono de ímã permanente são,

Categoria Sinusoidal

• Escalar
• Vetor: Controle orientado a campo (FOC) (com e sem sensor de posição)
• Controle de torque direto

Categoria trapezoidal

• Malha aberta
• Malha fechada (com e sem sensor de posição)

A tecnologia de controle de torque direto deste motor é um circuito de controle muito simples com desempenho dinâmico eficaz e boa faixa de controle. Não requer nenhum sensor de posição para o rotor. A principal desvantagem de usar este método de controle é que ele produz alto torque e uma ondulação de corrente.

Construção

O construção de motor síncrono de ímã permanente é semelhante ao motor síncrono básico, mas a única diferença é com o rotor. O rotor não tem nenhum enrolamento de campo, mas os ímãs permanentes são usados ​​para criar pólos de campo. Os ímãs permanentes usados ​​no PMSM são compostos de samário-cobalto e médio, ferro e boro devido à sua maior permeabilidade.

O ímã permanente mais amplamente usado é o neodímio-boro-ferro devido ao seu custo efetivo e facilidade de disponibilidade. Nesse tipo, os ímãs permanentes são montados no rotor. Com base na montagem do ímã permanente no rotor, a construção de um motor síncrono de ímã permanente é dividida em dois tipos. Eles estão,

PMSM montado na superfície

Nessa construção, o ímã é montado na superfície do rotor. É adequado para aplicações de alta velocidade, pois não é robusto. Ele fornece um entreferro uniforme porque a permeabilidade do ímã permanente e o entreferro são iguais. Sem torque de relutância, alto desempenho dinâmico e adequado para dispositivos de alta velocidade como robótica e unidades de ferramentas.

Montagem em superfície

PMSM enterrado ou PMSM interior

Nesse tipo de construção, o ímã permanente é embutido no rotor, conforme mostrado na figura abaixo. É adequado para aplicações de alta velocidade e obtém robustez. O torque de relutância é devido à saliência do motor.

PMSM enterrado

Funcionamento do motor síncrono de ímã permanente

O funcionamento do motor síncrono de ímã permanente é muito simples, rápido e eficaz quando comparado aos motores convencionais. O funcionamento do PMSM depende do campo magnético giratório do estator e do campo magnético constante do rotor. Os ímãs permanentes são usados ​​como rotor para criar fluxo magnético constante, opera e bloqueia em velocidade síncrona. Esses tipos de motores são semelhantes aos motores DC sem escova.

Os grupos de fasores são formados pela união dos enrolamentos do estator entre si. Esses grupos de fasores são unidos para formar diferentes conexões como estrela, Delta, fases duplas e simples. Para reduzir as tensões harmônicas, os enrolamentos devem ser enrolados brevemente entre si.

Quando a alimentação CA trifásica é fornecida ao estator, ele cria um campo magnético giratório e o campo magnético constante é induzido devido ao ímã permanente do rotor. Este rotor opera em sincronismo com a velocidade síncrona. Todo o funcionamento do PMSM depende do entreferro entre o estator e o rotor sem carga.

Se o entreferro for grande, as perdas por vento do motor serão reduzidas. Os pólos de campo criados pelo ímã permanente são salientes. Os motores síncronos de ímã permanente não são motores de partida automática. Portanto, é necessário controlar a frequência variável do estator eletronicamente.

Motor síncrono de ímã permanente vs BLDC

As diferenças entre o motor síncrono de ímã permanente (PMSM) e BLDC ( motores DC sem escova ) inclui o seguinte.

Vantagens

O vantagens do motor síncrono de ímã permanente incluir,

• fornece maior eficiência em altas velocidades
• disponível em tamanhos pequenos em embalagens diferentes
• manutenção e instalação é muito fácil do que um motor de indução
• capaz de manter o torque total em baixas velocidades.
• alta eficiência e confiabilidade
• dá torque suave e desempenho dinâmico

Desvantagens

As desvantagens dos motores síncronos de ímã permanente são,

• Esses tipos de motores são muito caros quando comparados aos motores de indução
• De alguma forma difícil de ligar porque eles não são motores de partida automática.

Formulários

As aplicações de motores síncronos de ímã permanente são,

• Ar condicionado
• Geladeiras
• Compressores AC
• Máquinas de lavar, que são de acionamento direto
• Direção assistida elétrica automotiva
• Máquinas-ferramentas
• Grandes sistemas de energia para melhorar o fator de potência de avanço e atraso
• Controle de tração
• Unidades de armazenamento de dados.
• Servo drives
• Aplicações industriais como robótica, aeroespacial e muito mais.

Portanto, isso é tudo sobre uma visão geral do motor síncrono de ímã permanente - definição, funcionamento, princípio de funcionamento, diagrama, construção, vantagens, desvantagens, aplicações, fem e equação de torque. Aqui está uma pergunta para você: “Qual é o propósito de usar um ímã permanente em motores síncronos?