En el campo de los equipos eléctricos, motores de inducción convencionales Generalmente están diseñados para funcionar bajo frecuencia y voltaje constantes. Sin embargo, este diseño presenta limitaciones para satisfacer las demandas de alto rendimiento de las aplicaciones de control de velocidad de frecuencia variable.
1. Eficiencia y aumento de temperatura
• Todos los tipos de convertidores de frecuencia generan tensiones y corrientes armónicas durante el funcionamiento, lo que hace que el motor funcione en condiciones de potencia no sinusoidales.
• Tomando como ejemplo el convertidor sinusoidal PWM (modulación de ancho de pulso) comúnmente utilizado, sus componentes armónicos de alto orden (aproximadamente el doble de la frecuencia portadora) conducen a mayores pérdidas en el motor, incluidas pérdidas de cobre/aluminio en el estator y el rotor, pérdidas en el núcleo y pérdidas parásitas adicionales. En particular, las pérdidas de cobre del rotor se vuelven más pronunciadas.
• Cuando el motor de inducción opera cerca de la velocidad síncrona, los voltajes armónicos de alta frecuencia inducen pérdidas significativas en las barras del rotor. Además, las pérdidas adicionales de cobre inducidas por el efecto piel contribuyen aún más a la reducción de la eficiencia.
• Estas pérdidas dan como resultado una generación adicional de calor, una eficiencia reducida y una menor potencia de salida. Con un suministro de energía no sinusoidal procedente de convertidores de frecuencia, el aumento de temperatura de motores de inducción trifásicos estándar normalmente aumenta entre un 10% y un 20%.
2. Estrés de aislamiento
• Muchos convertidores de frecuencia pequeños y medianos utilizan control PWM con frecuencias portadoras que van desde varios kHz hasta decenas de kHz. Esto somete los devanados del motor a una alta dv/dt (tasa de aumento de voltaje), equivalente a voltajes de impulso pronunciados que desafían el aislamiento entre espiras.
• La tensión de corte rectangular generada por los convertidores PWM se superpone a la tensión de funcionamiento del motor, lo que supone una amenaza para el aislamiento de tierra. Los impulsos repetidos de alto voltaje aceleran el envejecimiento del aislamiento.
Para abordar estos desafíos, motores de servicio inversor Incorporar optimizaciones electromagnéticas y estructurales especializadas:
1. Diseño electromagnético
• El objetivo clave es mejorar la compatibilidad del motor con fuentes de alimentación no sinusoidales.
• Las resistencias del estator y del rotor se minimizan para reducir las pérdidas fundamentales del cobre, compensando las pérdidas adicionales causadas por los armónicos.
• La inductancia del motor se aumenta cuidadosamente para suprimir las corrientes armónicas de alta frecuencia y al mismo tiempo garantizar una adaptación adecuada de la impedancia en todo el rango de velocidades.
2. Diseño Estructural
• La construcción del motor tiene en cuenta el impacto de la potencia no sinusoidal en el aislamiento, la vibración, el ruido y la refrigeración.
• Sistema de Aislamiento: Se adopta aislamiento clase F o superior, con tierra reforzada y aislamiento entre espiras, destacando especialmente la resistencia a tensiones de impulso.
• Sistema de refrigeración: Se emplea ventilación forzada, donde un ventilador accionado independientemente garantiza una disipación eficiente del calor, contrarrestando el aumento del estrés térmico bajo el funcionamiento de frecuencia variable.
Motores de servicio inversor están meticulosamente diseñados para mitigar los efectos adversos de los convertidores de frecuencia. A través de diseños electromagnéticos y estructurales optimizados, estos motores logran una adaptabilidad superior a fuentes de energía no sinusoidales, lo que los convierte en la opción preferida para aplicaciones de velocidad variable. Su rendimiento mejorado en eficiencia, gestión térmica y confiabilidad del aislamiento subraya su dominio en los sistemas de accionamiento industriales modernos.
