MOTOR DE IMANES PERMANENTES.

MOTOR DE IMANES PERMANENTES.

Los motores IP son motores eléctricos que utilizan la combinación de campos magnéticos de naturaleza permanente (Imanes) y campos magnéticos inducidos producidos por la corriente de excitación externa que fluye a través de los devanados del estator.

Los motores IP pueden ser excitados tanto con señales eléctricas continua o alterna, sin embargo es importante notar que las aplicaciones de motores de excitación alterna son los más empleados y eficientes en términos de conversión de energía disponibilidad, y mantenimiento. A su vez dentro de los motores de excitación alterna se puede hacer una nueva división donde se encuentra a los motores Sincrónicos de imanes permanentes y

los motores llamados Brushless DC o motores de excitación alterna "sin escobillas" debido a su equivalencia con los motores de corriente continua.

MotorDC/sincrono/400vcon imán permanente

0´75-350Kw Potencia 1a350Kw

Velocidad de rotación 0rpm-5500rpm

Los imanes permanentes son materiales que poseen una gran capacidad de almacenamiento de energía magnética, que perdura en el tiempo y que su degradación no es significativa. Un aspecto importante es la curva característica de magnetización o curva de histéresis, curva que es particular para cada tipo de material magnético.

Los imanes permanentes no son algo nuevo. Es en el presente siglo que su estudio y conocimiento fue avanzando hasta llegar hoy en día a la conformación de tierras raras, las que en conjunto con el Samario, Neodimio y otros materiales han constituido imanes de alto rendimiento.

Un motor eléctrico sin escobillas es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.

Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.

El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas.

Funcionamiento:

Su mecanismo se basa en sustituir la conmutación (cambio de polaridad) mecánica por otra electrónica sin contacto. En este caso, la espira sólo es impulsada cuando el polo es el correcto, y cuando no lo es, el sistema electrónico corta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la espira del rotor se utiliza la detección de un campo magnético. Este sistema electrónico, además, puede informar de la velocidad de giro, o si está parado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme. Tienen la desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -). Para hacer el cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema electrónico.

Un sistema algo parecido, para evitar este rozamiento en los anillos, se usa en los alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes, sino que se evita usar uno más robusto y que frenaría mucho el motor. Actualmente, los alternadores tienen el campo magnético inductor en el rotor, que induce el campo magnético al estator, que a la vez es inducido. Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos corriente que la que se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un rozamiento menor

Los motores de imanes permanentes usan imanes de ferrita adheridos al rotor y normalmente ofrecen unas prestaciones 25% mayores que los motores de inducción convencionales, tanto en rendimiento energético como en densidad de potencia (relación potencia-volumen). Cuando se usan imanes de neodimio de alta capacidad, las prestaciones son 50%-100% superiores a las de los motores de inducción.

Los motores síncronos de imanes permanentes giran sincronizados con la frecuencia de alimentación, a cualquier par hasta el máximo del motor. Los motores síncrono de imanes permanentes trifásicos están permanentemente excitados, por lo que responden muy bien a las variaciones de carga. Tienen también una buena capacidad para las sobrecargas, por lo que son de construcción robusta y de bajo mantenimiento.

Los motores síncronos de imanes permanentes incorporan un regulador electrónico onversor que efectúa la conmutación de la corriente para arrancar el motor y regular también el par de salida. Aunque el control supone un coste adicional, aporta una regulación similar a la servo regulación que los motores de inducción no tienen.

Las ventajas del motor síncrono de imanes permanentes frente al motor de inducción pueden resumirse así: mejor rendimiento, regulación de velocidad más precisa, mayor densidad de potencia y temperatura de trabajo reducida (con la consiguiente mayor vida útil para los rodamientos y el aislamiento).

En el motor síncrono de imanes permanentes, el rotor gira exactamente a la misma velocidad que el campo magnético generado por los devanados del estátor, mientras que un motor de inducción tiene normalmente un deslizamiento de 1%-3%. Este sincronismo contribuye a mejorar las prestaciones dinámicas y la regulación de la velocidad.

Otra ventaja del motor síncrono de imanes permanentes es que normalmente tiene una gama de velocidades más amplia que la del motor de inducción. En general, los motores síncronos de imanes permanentes tienen una gama de velocidades con una relación de 20:1 sin realimentación, y una relación de 2 000:1 en bucle cerrado. No obstante, la selección del sistema de accionamiento influye también en la gama de velocidades, por lo que ha de considerarse cada caso individualmente.

Las pérdidas del motor síncrono de imanes permanentes son aproximadamente 15%-20% menores que las del motor de inducción. Dependiendo del tamaño del motor, del precio de la energía eléctrica y del ciclo de trabajo, el usuario puede llegar a amortizar el coste suplementario del motor síncrono de imanes permanentes en un periodo de 3-15 meses.

Aplicaciones

Los motores síncrono de imanes permanentes están indicados para prácticamente cualquier aplicación en las que se emplee un motor de inducción, y muchas aplicaciones en las se emplee un servomotor grande, y muy costoso. En situaciones en las que el rendimiento del motor sea un factor de importancia primaria, las aplicaciones de velocidad variable con cargas centrífugas como las de los ventiladores y las bombas son un objetivo muy interesante.

En muchos casos, la sustitución de un motor de inducción por un motor síncrono de imanes permanentes puede eliminar la necesidad de tener determinados elementos -correas, cadenas o reductores- en el tren cinemático, por lo que se podrá incrementar el rendimiento total del sistema, además de reducir el coste inicial de la inversión, el tiempo de montaje y las necesidades de mantenimiento.

Los motores síncronos de imanes permanentes se construyen generalmente para poder sustituir directamente los motores de inducción  lo que permite a los usuarios cambiar con facilidad a motores eléctricos modernos, fiables, de alto rendimiento y de bajo mantenimiento. Con los precios de la energía en aumento, los operadores de plantas industriales están optando por motores síncronos de imanes permanentes.

Motor de imanes permanentes proporciona un alto torque acoplado directamente con la carga a bajas velocidades. Al eliminar la caja de reducción, el usuario ahorra espacio, costos de instalación, elimina un punto de falla y, lo más importante, mejora la eficiencia y disminuye el mantenimiento del accionamiento.La combinación de un menor número de componentes y sencilla configuración reduce los costos por hora de ingeniería, facilita la instalación, permite un uso más eficiente del espacio y reduce los inventarios de repuesto.

Es importante destacar que en accionamientos de velocidad variable, esta solución mejora la unidad de control, pues permite que el convertidor funcione sin la necesidad de un encoder debido a que los motores sincrónicos operan sólo a la velocidad determinada por la frecuencia de alimentación. 

La precisión es tan buena como la de un motor de inducción con un dispositivo de retro alimentación. Esto significa que el encoder puede ser eliminado, reduciendo aún más la necesidad de mantenimiento.El motor de imanes permanentes está diseñado exclusivamente para el suministro de un convertidor de frecuencia no pudiendo ser utilizado para partidas directas. Por otra parte, la tensión se ve afectada por la velocidad del motor, debido al constante flujo de los imanes permanentes. Por esta razón, el exceso de velocidad se limita al 20%. Una mayor velocidad aumenta la tensión, lo que podría poner en peligro el aislamiento de los motores.sólo pueden ser controlados con una unidad de velocidad variable que cuenten con el software de control del motor síncrono desarrollado específicamente para el control de flujo de imán permanente.

Los motores de imanes permanentes son motores síncronos de corriente alterna, gestionados por variadores de frecuencia. Estos incorporan un software específico para el control de la velocidad de lazo abierto de motores de imanes permanentes. El software está basado en una estrategia de accionamiento especial diseñada para obtener un máximo de par por amperio. Gracias a esta estrategia, la combinación entre un motor de imanes permanentes y un variador de frecuencia  da por resultado un sistema de accionamiento muy eficiente, capaz de proporcionar un par constante en todas las condiciones de funcionamiento.