No campo industrial, os motores assíncronos trifásicos de pequeno e médio porte são atualmente os produtos de motor mais amplamente utilizados.
Diferentes motores de indução têm diferentes aplicações, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de fabricação de motores elétricos e pesquisas sobre o princípio de funcionamento dos motores industriais.
Existem também muitos novos tipos de motores elétricos, incluindo motores de ímã permanente de terras raras, motores de relutância comutados, motores de relutância síncronos, etc.
Uma breve introdução aos vários tipos de motores elétricos
Os motores assíncronos trifásicos de pequeno e médio porte são atualmente os produtos de motores elétricos mais utilizados para aplicações industriais.
O motor assíncrono trifásico é um tipo de motor CA, também conhecido como motor de indução.
Possui uma série de vantagens como estrutura simples, fácil fabricação, robustez, fácil manutenção, baixo custo e baixo preço.
Therefore, it is widely used in industry, agriculture, national defence, aerospace, scientific research, construction, transportation and people's daily life.
Tem um baixo fator de potência e é um tanto limitado em sua aplicação.
1. Estrutura do motor assíncrono trifásico
Prepare um motor de indução trifásico para ser desmontado e observe sua estrutura de fora para dentro.
O diagrama a seguir mostra o esboço e a vista em corte dos motores de indução trifásicos.
Do lado de fora dos motores elétricos você pode ver a tampa do ventilador, o ventilador, as tampas esquerda e direita, a placa de identificação e a caixa de ligação.
Abra a caixa do terminal e você poderá ver os postes do terminal e os fios condutores.
Remova a tampa do ventilador, o ventilador e as tampas das extremidades, retire o rotor e você poderá ver o núcleo do estator, o núcleo do rotor, o eixo, os rolamentos e outras peças dentro do motor.
O núcleo do estator é carregado na carcaça e o núcleo do rotor é montado no eixo do motor.
O núcleo do estator possui bobinas (enrolamentos) e o núcleo do rotor possui uma barra de alumínio em forma de gaiola fundida nele.
Núcleo de ferro de rotor linear de enrolamento com enrolamentos de rotor.
Como pode ser observado, a estrutura básica dos motores elétricos tipo gaiola de esquilo é composta por uma parte fixa e outra imóvel, um rotor e outras partes, conforme a figura abaixo:
O motor de ímã permanente de terras raras
É um novo tipo de motor de ímã permanente que surgiu no início dos anos 1970.
As propriedades magnéticas dos materiais magnéticos permanentes de terras raras são tão excelentes que podem ser magnetizados para criar um forte campo magnético permanente sem a necessidade de energia adicional.
O motor de ímã permanente de terras raras não é apenas altamente eficiente, mas também possui uma estrutura simples, operação confiável e é pequeno em tamanho e leve.
Eles podem atingir alto desempenho (por exemplo, alta eficiência, alta velocidade, alta resposta) que não pode ser igualado pelos motores eletricamente excitados tradicionais e também podem ser transformados em motores especiais que podem atender a requisitos operacionais específicos.
Motores de ímã permanente de terras raras de alto desempenho são a base para muitas novas tecnologias e indústrias de alta tecnologia.
Combinado com eletrônica de potência e tecnologia de controle microeletrônico, pode produzir uma variedade de produtos mecatrônicos com excelente desempenho, como máquinas-ferramenta CNC, centros de usinagem, linhas de produção flexíveis, robôs, veículos elétricos, eletrodomésticos de alto desempenho, computadores e muito mais.
Com o desenvolvimento de motores síncronos de ímãs permanentes, motores síncronos de ímãs permanentes de alta eficiência para alta temperatura, alto vácuo, veículos elétricos, inversores internos, alto torque em baixas velocidades e partida automática estão gradualmente entrando em aplicações específicas.
Devido aos requisitos específicos de desempenho dos motores para diferentes condições de operação, o desenvolvimento geral de motores de ímã permanente está gradualmente mostrando algumas características específicas.
Alta potência e ultra-alta velocidade como direção de desenvolvimento para motores de ímã permanente
Para aumentar a potência nominal do motor de indução, sujeita a um determinado volume, é necessário aumentar consideravelmente a velocidade do motor elétrico de corrente alternada.
Os motores de ímãs permanentes de terras raras não requerem enrolamentos de excitação, têm uma estrutura relativamente simples, não possuem fonte de calor na seção do campo magnético, não requerem dispositivos de resfriamento, possuem alta coercividade do material.
Pode assumir valores maiores para o comprimento do entreferro, possibilitando assim aumentar consideravelmente a velocidade.
Direção de alto desempenho
Equipamentos modernos para a indústria automobilística apresentam uma variedade de requisitos de alto desempenho.
Tais como requisitos de equipamentos militares para fornecer uma variedade de motor de sinal de alto desempenho, estação de energia móvel, equipamento de automação com servo sistemas e tais motores, aeroespacial com alto desempenho, motor de ímã permanente de alta confiabilidade, equipamento de fibra química com motor síncrono de frequência de precisão de regulação de alta velocidade, máquinas-ferramentas CNC, centros de usinagem, robôs com alta velocidade do que servo motor de ímã permanente de terras raras, computador com motor de giro de alta precisão e motor de eixo, etc., para a direção do desenvolvimento de motores industriais especiais.
Desenvolvimento na direção da leveza
Produtos aeroespaciais, veículos elétricos, máquinas-ferramenta CNC, computadores, produtos audiovisuais, dispositivos médicos, produtos mecatrônicos ópticos portáteis, etc., todos apresentam requisitos rigorosos para motores de indução tipo gaiola de esquilo com tamanho pequeno e peso leve.
O motor síncrono de ímã permanente foi desenvolvido e aplicado na tecnologia de elevação por seu tamanho pequeno, economia de energia, bom desempenho de controle, fácil de fazer acionamento direto de baixa velocidade, eliminando dispositivo de redução de engrenagem e regulação de velocidade por meio de mudança de frequência.
Unidade de relutância comutada (SRD)
É a última geração de sistema de controle de velocidade contínuo desenvolvido após o sistema de controle de frequência e o sistema de controle de velocidade do motor DC sem escova. É uma alta tecnologia integrada de luz, máquina elétrica e eletricidade que integra microeletrônica moderna, tecnologia digital, eletrônica de potência, tecnologia fotoelétrica infravermelha e teoria eletromagnética moderna, design e tecnologia de produção.
Tem um sistema de controle de velocidade DC, AC dois tipos de vantagens do sistema de controle de velocidade.
Grã-Bretanha, Estados Unidos e outros países economicamente desenvolvidos na pesquisa do sistema de controle de velocidade do motor de relutância do interruptor começaram anteriormente e alcançaram resultados significativos, nível de potência do produto de alguns w a centenas de kw, amplamente utilizado em eletrodomésticos, aviação, aeroespacial, eletrônicos, máquinas elétricas e veículos elétricos e outros campos.
Os pólos convexos do estator e do rotor do motor de relutância chaveada são laminados de chapas de aço silício comuns, um processo que minimiza as perdas por histerese e correntes parasitas no motor.
Não há enrolamentos ou ímãs permanentes nos pólos do rotor, nem comutadores, nem anéis coletores, etc. Os pólos do estator são enrolados com enrolamentos concentrados e os dois enrolamentos radialmente opostos são conectados em série para formar uma fase.
O motor de relutância comutado são motores elétricos que geram torque usando relutância desigual do rotor, também conhecido como motor síncrono reativo, cuja estrutura e princípio de funcionamento são muito diferentes dos motores CA e CC síncronos tradicionais.
It does not rely on the interaction of the magnetic fields generated by the stator and rotor winding currents to produce torque, but on the "principle of minimum reluctance" to produce torque.
This means that "the magnetic flux always closes along the path of least resistance, thus creating a magnetic pull, which in turn creates an electromagnetic torque of a magnetoresistive nature" and "the magnetic lines of force have the nature of trying to shorten the path of the flux in order to reduce the resistance and increase the permeability".
Motor síncrono magneto-resistivo
É evoluído a partir do mesmo motor assíncrono tipo gaiola, cujo rotor possui uma resistência de enrolamento tipo gaiola de alumínio fundido, mas com uma fenda de reação correspondente ao número de pólos do estator (apenas a parte convexa do papel, sem enrolamento de excitação e ímãs permanentes), usado para gerar torque síncrono de relutância.
Os motores síncronos magneto-resistivos são divididos em motores monofásicos, capacitores monofásicos, capacitores monofásicos de partida e capacitores monofásicos de duplo valor.
Áreas de aplicação: os motores síncronos de relutância são usados principalmente na produção industrial e agrícola, transporte, defesa nacional, eletrodomésticos, equipamentos médicos e elétricos, etc.
Análise SWOT dos quatro tipos de motores elétricos acima
1) Motores assíncronos trifásicos de pequeno e médio porte
Vantagens: alta confiabilidade, baixo custo, alta maturidade tecnológica, alta participação de mercado.
Desvantagens: baixa eficiência dos motores comuns, baixo limite técnico, concorrência acirrada, inovação técnica insuficiente.
Oportunidades: Em locais com altos requisitos de confiabilidade das condições de trabalho, condições normais de trabalho podem ser atendidas e a promoção de motores industriais de alta eficiência é o foco dos esforços de economia de energia.
Ameaças: O mercado de ímãs permanentes de terras raras está se expandindo, especialmente no mercado de motores de alta eficiência.
(2) Motores de ímã permanente de terras raras
Vantagem: não só alta eficiência, mas também estrutura simples, operação confiável, mas também tamanho pequeno e peso leve.
Desvantagens: O custo é 30% maior do que os motores assíncronos e a desmagnetização ocorrerá em altas temperaturas por muito tempo.
Oportunidades: campos petrolíferos, indústria têxtil e de fibras químicas, indústria cerâmica e vidreira e ventiladores e bombas com longa vida útil anual.
Participação de mercado em expansão gradual.
Ameaças: não pode ser usado em locais com muita potência, principalmente porque o custo é muito alto e o processo de produção é difícil.
(3) Motores de relutância comutados
Vantagens: estrutura de motor simples, baixo custo, pode ser usada para operação de alta velocidade. Circuito de potência simples e confiável, grande torque de partida, baixa corrente de partida, adequado para partidas e paradas frequentes, operação de conversão direta e reversa, bom desempenho de regulação de velocidade.
Desvantagens: alto ruído e pulsação de torque significativa em baixas velocidades. Ele precisa ser usado com um controlador, e o custo dos dois juntos é alto. A faixa de potência atual é de 8kw-400kw e é adequada apenas para aplicações especiais. Em áreas de uso geral, as vantagens sobre os sistemas de controle de velocidade do inversor CA assíncrono e CC não são óbvias.
Oportunidades: veículos elétricos, indústria têxtil, indústria de coque, indústria de eletrodomésticos, para áreas onde pode ser usado a seu favor, ou seja, áreas que exigem alto torque de partida, requisitos de alta velocidade, ambientes quentes e úmidos e revoluções aleatórias frequentes.
Ameaças: O problema dos altos níveis de ruído é difícil de superar e o desenvolvimento é limitado.
(4) Motores de relutância síncronos
Vantagens: Comparado com motores síncronos de ímã permanente, o custo do motor é bastante reduzido nas mesmas condições de potência, enquanto a faixa de uso do motor é ampliada e a confiabilidade da operação do motor é aprimorada. Devido à estrutura simples, o rotor não apresenta perdas eletromagnéticas e pode evitar as desvantagens de comutar motores de relutância, como alto ruído e pulsação de torque significativa em baixas velocidades.
Desvantagens: baixo fator de potência e baixo rendimento em comparação com motores assíncronos do mesmo tamanho.
Oportunidades: Produção industrial e agrícola, transportes, defesa, aparelhos comerciais e domésticos, equipamentos médicos e elétricos, etc.
Ameaças: Em fase de pesquisa.
A pesquisa atual é sobre motores de potência fracionária, que têm pouco lugar em sistemas CA.
Análise comparativa de produtos automotivos
Projetos
Motores assíncronos trifásicos de pequeno e médio porte
Motores de ímã permanente de terras raras
Motores de relutância comutados
Motores síncronos de relutância
Custo
Baixo
Médio
Alto
Médio
Confiabilidade
Alto
Baixo
Baixo
Baixo
Maturidade técnica
Muito maduro
Bastante maduro
Justo
Imaturo
Quota de mercado
Extremamente grande
menos
Menos
Nenhum
Eficiência
média
Alto
Justo
Justo
densidade de cobre
Alto
Mais baixo
Mais baixo
Mais baixo
estrutura simples
pobre
Bom
Justo
Bom
Tamanho e qualidade
Grande, pesado
Pequeno, Leve
Pequeno, Leve
Pequeno, Leve
Barulho
Baixo
Baixo
Alto
Baixo
A partir de uma análise comparativa dos vários produtos competitivos em vários níveis, o motor assíncrono trifásico de pequeno e médio porte ainda é o produto tecnicamente mais maduro e com a maior participação de mercado.
No entanto, no futuro, precisamos otimizar ainda mais o processo, melhorar a tecnologia e fazer mais melhorias em termos de eficiência e compacidade para manter um alto nível de competitividade.
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