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Smagnetizzazione in Motori sincroni magnetici permanenti (PMSM) si riferisce alla riduzione o perdita di magnetismo nei magneti permanenti del motore. Questo fenomeno può avere un impatto significativo sulle prestazioni e l'efficienza del PMSM, portando a una riduzione della coppia in uscita, a un aumento del consumo di energia e a un potenziale guasto del motore. Comprendere le implicazioni della smagnetizzazione è fondamentale per mantenere una funzionalità e una longevità ottimali del motore.
La degradazione della temperatura è una delle cause principali della smagnetizzazione nei PMSM. Il funzionamento ad alte temperature può causare la perdita di magnetismo dei magneti permanenti. La situazione di cui sopra è vera per i magneti con temperatura di Curie inferiore, in un modo tale che l'alta temperatura può indurre la perdita irreversibile di magnetismo.
Le sovracorrenti possono portare il materiale magnetico a raggiungere il livello di saturazione e a smagnetizzarsi. Quando il campo magnetico supera ciò che può essere supportato dal materiale come magnetismo, porta alla perdita di densità del flusso magnetico, che influisce sul funzionamento del motore.
I campi magnetici esterni possono accoppiarsi al campo magnetico interno del PMSM. Il riorientamento del dominio magnetico dei magneti con accoppiamento al campo magnetico interno causa una smagnetizzazione parziale o completa nel tempo.
La smagnetizzazione dei PMSM può derivare dall'invecchiamento e dall'affaticamento del materiale nel tempo. I cicli termici e lo stress meccanico dovuti all'uso ripetuto deteriorano le proprietà magnetiche, riducendo l'efficacia e l'efficienza complessive.
La selezione di magneti permanenti ad alte prestazioni deve essere effettuata per prevenire rischi di smagnetizzazione. I magneti al neodimio-ferro-boro (NdFeB) sono più potenti magneticamente dei magneti in ferrite, ma più inclini alla degradazione termica. I magneti in ferrite sono più stabili alla temperatura, ma meno forti magneticamente.
Utilizzare gradi di magneti resistenti alla temperatura per prevenire la smagnetizzazione dovuta alla temperatura. La resistenza alle alte temperature è mantenuta nei gradi senza alcuna perdita di magnetismo sostanziale, e questi assicurano prestazioni affidabili del motore in condizioni variabili.
Nuove tecnologie di rivestimenti prolungano la resistenza e l'integrità dei magneti permanenti fino alle condizioni ambientali di smagnetizzazione. Applicano rivestimenti epossidici o di tipo nichelato come barriere protettive contro la corrosione e l'usura meccanica.
La minimizzazione del design del circuito magnetico è estremamente cruciale per la stabilità del flusso PMSM. I circuiti progettati correttamente producono la massima distribuzione del campo, con la minima saturazione localizzata e una migliore efficienza complessiva del motore.
I canali di ventilazione sui rotori vengono utilizzati per creare disposizioni per il rilascio del calore generato dal funzionamento dei motori. I passaggi aiutano a consentire il movimento dell'aria attraverso parti delicate per la migliore temperatura e i rischi correlati al deterioramento termico.
La scelta tra raffreddamento ad aria e raffreddamento a liquido è una scelta specifica per l'applicazione. Il raffreddamento a liquido fornisce una rimozione del calore superiore rispetto al raffreddamento ad aria con il costo di una complessità e di una spesa extra rispetto ai sistemi di raffreddamento ad aria.
L'aggiunta di sensori di temperatura a PMSM introduce funzionalità di monitoraggio in tempo reale. I sensori forniscono un rilevamento accurato delle condizioni di surriscaldamento, che consente di intervenire prima che si verifichino danni fatali.
Gli algoritmi di derating termico assicurano il controllo del motore in base all'indicazione della temperatura effettiva. Attraverso la limitazione dinamica della potenza in uscita ad alte temperature, gli algoritmi impediscono la smagnetizzazione da surriscaldamento.
L'ottimizzazione FOC comporta la minimizzazione della corrente sull'asse d durante l'esecuzione delle operazioni di indebolimento del flusso, per non surriscaldare eccessivamente i motori e ridurre le sollecitazioni sui magneti permanenti, mantenendo così le proprietà magnetiche a lungo termine.
I metodi di controllo predittivo del modello (MPC) distribuiscono uniformemente le perdite nei componenti del motore per evitare un riscaldamento localizzato che porta ad un aumento delle tendenze alla smagnetizzazione.
Il controllo dinamico di coppia e corrente fornisce bilanciamento del carico in PMSM. Evitando brusche richieste di corrente o coppia, il metodo fornisce condizioni operative stabili utili per la salute duratura del magnete.
La configurazione del rotore è un fattore altamente cruciale nella prevenzione della smagnetizzazione di PMSM. Sono state sviluppate topologie di magneti a doppio strato e a V per rendere il rotore estremamente resistente. Le due configurazioni offrono un accoppiamento magnetico migliorato e un flusso di dispersione ridotto, quindi un campo magnetico equalizzato nel motore. Le due configurazioni ottimizzano le forze magnetiche in modo che siano distribuite uniformemente senza concentrazione di stress, con conseguente smagnetizzazione.
L'ottimizzazione dello spessore del magnete è un altro aspetto critico nella progettazione del rotore. I magneti più spessi hanno un carico termico e sollecitazioni maggiori e sono anche meno inclini alla smagnetizzazione. Uno spessore eccessivo, tuttavia, aumenterà il peso e l'inerzia, influenzando la dinamica del motore. È quindi necessario un equilibrio tra spessore del magnete ed efficienza del motore per migliorare la resistenza alla smagnetizzazione senza ridurre l'efficienza.
Gli scudi anti-smagnetizzazione integrati nei concetti di progettazione dei motori sono estremamente utili per smagnetizzare i magneti permanenti a causa di condizioni esterne indesiderate. Il posizionamento strategico degli scudi consente di proteggere i magneti dai campi magnetici esterni e dalle sollecitazioni meccaniche che potrebbero influenzare le loro prestazioni. La separazione fisica dei magneti e delle potenziali zone di interferenza da parte di tali scudi è responsabile del mantenimento dell'integrità dei magneti e delle necessarie proprietà magnetiche che sono cruciali per le prestazioni soddisfacenti dei motori.
Due delle principali cause della smagnetizzazione dei PMSM sono le vibrazioni e lo stress meccanico. L'installazione di sistemi di smorzamento delle vibrazioni, come supporti elastomerici o smorzatori, elimina le vibrazioni accoppiate con gli elementi del motore. L'installazione di apparati di riduzione delle sollecitazioni, come giunti flessibili o elementi cedevoli nella struttura del motore, carica inoltre i carichi meccanici in modo più uniforme nella struttura. Entrambe queste misure eliminano la propensione alla fatica meccanica verso la smagnetizzazione.
L'integrazione di sistemi di diagnostica dei guasti in tempo reale migliora la manutenzione operativa perché consente l'identificazione precoce di possibili guasti in PMSM. I sistemi utilizzano sensori avanzati e algoritmi diagnostici per monitorare parametri chiave come temperatura, vibrazioni e correnti. Rilevando anomalie in tempo reale, gli operatori possono passare a March prima che le condizioni peggiorino fino a guasti gravi che causano smagnetizzazione.
Devono essere installate delle politiche di manutenzione preventiva per ottenere l'affidabilità a lungo termine del PMSM. Le ispezioni di manutenzione preventiva e le ispezioni regolari consentono di determinare i componenti soggetti a usura che, se trascurati, causano la smagnetizzazione. La pulizia dei sistemi di raffreddamento, il controllo dei contatti elettrici e il controllo dell'allineamento delle parti mobili devono essere eseguiti durante la manutenzione. La manutenzione periodica consente agli operatori di ottenere la massima durata raggiungibile del PMSM riducendo al minimo i rischi di smagnetizzazione.
ENNENG fornisce soluzioni PMSM personalizzate per una maggiore coppia, efficienza e resistenza alla smagnetizzazione. Motori ENNENG hanno barriere anti-smagnetizzazione e smorzamento delle vibrazioni per un funzionamento silenzioso. Supportati da monitoraggio in tempo reale e manutenzione predittiva, ENNENG garantisce motori affidabili e ad alte prestazioni, con un'innovazione supportata dalla ricerca e dallo sviluppo continuo.
