Motors d'accionament Pumbaa 350KW PMSM per a vehicle elèctric PML350

1. Motor de cable pla
• La forma de bobinatge del motor passa gradualment de filferro rodó a filferro pla, amb una alta taxa d'ompliment de ranures, extrems curts, alta densitat de potència i forta capacitat de dissipació de calor

2. Disseny d'aïllament d'alta tensió
• El motor adopta nous materials i processos aïllants per satisfer els requisits d'alta freqüència de commutació dels controladors SiC per a motors cada cop més ràpids.

•3. Rodaments aïllats d'alta velocitat i alta resistència
• El disseny del motor utilitza coixinets aïllats, que poden complir els requisits de disseny de 24000 RPM/min; i pot inhibir eficaçment la generació de corrosió elèctrica dels coixinets

4. Motor refrigerat per oli
• El motor adopta una estructura refrigerada per oli d'alta velocitat, que redueix eficaçment la potència nominal després de reduir el volum, cosa que no només millora l'eficiència, sinó que també millora la vida útil del sistema

5. Excel·lent rendiment NVH
• El rotor del motor adopta una estructura de pols inclinats segmentats, que optimitza eficaçment el NVH del sistema motor

El motor síncron d'imants permanents (PMSM) és un motor d'imants permanents àmpliament utilitzat en vehicles elèctrics (VE). Amb un 15% més d'eficiència que els motors d'inducció (IM) i la densitat de potència més alta entre els motors de tracció, s'ha convertit en una pedra angular dels sistemes moderns d'accionament de vehicles elèctrics.

1. Què és un motor síncron d'imant permanent (PMSM)?

Com a tipus de motor síncron de corrent altern, el PMSM genera el seu camp magnètic mitjançant imants permanents que produeixen forces contraelectromotrius sinusoïdals. Tot i que comparteix l'estructura de l'estator i el rotor amb els motors d'inducció, el rotor del PMSM utilitza imants permanents (PM) en lloc de debanaments de camp per generar el seu camp magnètic, cosa que li val el nom alternatiu de "motor d'ona sinusoidal trifàsic d'imant permanent sense escombretes".
En comparació amb els motors tradicionals, els PMSM destaquen per la seva eficiència, disseny sense escombretes, alta velocitat de rotació, seguretat i rendiment dinàmic. Ofereixen un parell motor suau amb baix soroll, cosa que els fa ideals per a aplicacions d'alta velocitat com la robòtica. Com a motors síncrons de corrent altern trifàsics, funcionen en sincronització amb fonts d'alimentació de corrent altern externes.

Els PMSM no tenen debanaments de rotor; en canvi, els imants permanents generen directament el camp magnètic giratori. Això elimina la necessitat d'excitació de corrent continu, simplificant la seva estructura i reduint els costos. Els seus components principals inclouen un estator (amb debanaments trifàsics) i un rotor (amb PM). L'alimentació de l'estator amb corrent altern trifàsic inicia el funcionament.

El funcionament dels PMSM és paral·lel al dels motors síncrons: es basa en un camp magnètic giratori (RMF) per induir una força electromotriu a velocitat síncrona. Quan s'aplica corrent altern trifàsic als debanaments de l'estator, es forma un RMF a l'entreferro. A mesura que els PM del rotor giren sincronitzadament amb aquest RMF, es genera un parell. Cal destacar que els PMSM no s'arrenquen automàticament i requereixen una font d'alimentació de freqüència variable per al seu funcionament.

2. Estructura dels motors PMSM

Estator: De manera similar als motors d'inducció de CA convencionals, l'estator del PMSM rep energia a través dels seus bobinatges. Aquests bobinatges normalment es distribueixen en múltiples ranures en un patró gairebé sinusoidal per produir una forma d'ona de força electromotriu inversa (EMF) sinusoidal.

Rotor: El disseny del rotor diferencia el PMSM dels motors síncrons bàsics. En lloc de bobinatges de camp, el rotor utilitza imants permanents per generar els seus pols magnètics. Els materials PM comuns inclouen el samari-cobalt i el neodimi-ferro-bor (NdFeB) per la seva alta permeabilitat i rendibilitat. Els PMSM es classifiquen segons la seva ubicació:

·PMSM de muntatge superficial (SPM): els PM estan units a la superfície del rotor.

·PMSM interior (IPM): Els PM estan integrats dins del rotor. Els dissenys d'IPM ofereixen una eficiència significativament més alta.

(PMSM)

3. Principis de control de la PMSM

Els accionaments PMSM utilitzen tecnologia clàssica de control vectorial, que permet un control de velocitat en bucle tancat per a una regulació precisa. El sistema de bucle tancat utilitza la retroalimentació de velocitat per rastrejar la posició del rotor en temps real, cosa que permet una regulació de velocitat continua, inclòs el parell màxim a velocitat zero.

Un sensor de posició (per exemple, un codificador o un resolver) està muntat a l'eix del rotor per detectar la posició del rotor. Utilitzant els paràmetres del motor i les mesures de corrent (processades per un processador de senyal digital d'alta velocitat, DSP), el variador calcula la posició del rotor. Durant cada interval de mostreig, el sistema de corrent altern trifàsic es converteix en un sistema giratori de dues coordenades, on els corrents es descomponen en components directes (d) i en quadratura (q) per a un control independent.

Basant-se en estratègies de control vectorial, el variador genera components de corrent dq de referència alineats amb el parell objectiu. Aquestes referències s'utilitzen per produir senyals de control de porta per a l'inversor. Un avantatge clau és la seva ràpida resposta dinàmica: els efectes d'acoblament entre el parell i el flux es gestionen mitjançant el control de desacoblament (orientació del flux de l'estator), cosa que permet una regulació independent del parell i el flux. Tanmateix, aquesta alta complexitat computacional requereix que el variador utilitzi un processador o DSP ràpid.

4. Avantatges i desavantatges de la PMSM

Avantatges:

·Forta capacitat de sobrecàrrega; la densitat de potència supera amb escreix la dels motors d'inducció.

· Major eficiència (un 15% millor que els motors IM) i mida més petita (1/3 del volum dels motors convencionals), cosa que simplifica la instal·lació i el manteniment.

· Ofereix el parell màxim a baixes velocitats.

·Pèrdues insignificants de coure del rotor (sense excitació de camp a través del corrent de l'estator), cosa que redueix la generació de calor i allarga la vida útil.

·El disseny sense escombretes elimina els commutadors mecànics, minimitzant la fricció, el desgast i els costos de manteniment alhora que evita els riscos de guspires en entorns durs.

·Un factor de potència elevat millora l'eficiència de tot el sistema i redueix la tensió de línia/caiguda.

· Sortida de parell motor suau amb un excel·lent rendiment dinàmic.

Desavantatges:

·Cost més elevat en comparació amb els motors d'inducció.

·No s'autoengega; requereix fonts d'alimentació de freqüència variable per a l'arrencada.

·Es necessiten sistemes de control complexos per gestionar els corrents de l'estator.

(Motor en funcionament)

Conclusió

El motor síncron d'imants permanents (PMSM) ha emergit com una tecnologia bàsica en els sistemes d'accionament de vehicles elèctrics, impulsat per la seva eficiència inigualable, alta densitat de potència i rendiment dinàmic superior. En eliminar els bobinatges de camp i les escombretes mitjançant l'excitació d'imants permanents, els PMSM redueixen les pèrdues i milloren la fiabilitat. Mentrestant, la tecnologia de control vectorial permet la regulació independent del parell i el flux, oferint característiques clau com el parell complet a velocitat zero i una resposta ràpida.

Tot i que els motors mòbils multifunció (PMSM) s'enfronten a reptes (costos més elevats, requisits de no autoarrencada i sistemes de control complexos), el seu domini en els vehicles elèctrics continua sent inamovible. La seva eficiència (un 15% millor que la dels motors multifunció), la mida compacta (1/3 del volum dels motors tradicionals) i la retenció de parell a baixa velocitat els fan indispensables per als vehicles elèctrics de llarg abast i alt rendiment.

A mesura que els avenços en materials de terres rares (per exemple, NdFeB N52), els algoritmes de control basats en IA (per exemple, el control predictiu de models) i les plataformes d'alt voltatge de 800 V esdevinguin habituals, els PMSM continuaran evolucionant, optimitzant el cost, el rendiment i la sostenibilitat. De cara al futur, els PMSM consolidaran el seu paper com a "cor potent" dels vehicles elèctrics, impulsant la innovació de la indústria i donant suport als objectius globals de neutralitat de carboni.