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Los motores de CA se utilizan ampliamente en diversos campos, como la producción industrial, el transporte y los hogares inteligentes, gracias a sus ventajas de estructura simple, alta confiabilidad y bajo costo. La tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable se ha convertido en el método principal para la regulación de la velocidad de los motores de CA, ya que permite un control preciso de la velocidad del motor y mejora significativamente la eficiencia energética. Sin embargo, en la práctica, los motores de CA son propensos al sobrecalentamiento y la sobrecarga durante la regulación de velocidad de frecuencia variable, lo que no solo reduce la eficiencia operativa del motor, sino que también puede acortar su vida útil e incluso causar fallas en los equipos. Esclarecer las causas de este fenómeno y tomar medidas específicas para su supresión es fundamental para garantizar el funcionamiento estable y confiable de los motores de CA.
1. Causas principales del sobrecalentamiento y la sobrecarga en motores de CA durante la regulación de velocidad de frecuencia variable
La ocurrencia de sobrecalentamiento y sobrecarga en motores de CA durante la regulación de velocidad de frecuencia variable es el resultado del efecto combinado de múltiples factores, y las causas principales se pueden resumir en los siguientes tres puntos: Primero, el aumento de las pérdidas armónicas. La salida del inversor no es una onda sinusoidal ideal, sino una forma de onda de Modulación por Ancho de Pulso (PWM), que contiene una gran cantidad de armónicos de alto orden. Estos armónicos generarán pérdidas armónicas adicionales en los devanados del estator, las barras del rotor y el núcleo de hierro del motor. Estas pérdidas armónicas se convierten en calor, lo que provoca un aumento de la temperatura del motor. Especialmente en condiciones de regulación de velocidad de baja frecuencia, el contenido armónico de la tensión de salida del inversor es mayor y las pérdidas armónicas son más prominentes, lo que puede causar fácilmente sobrecalentamiento y sobrecarga. Segundo, la saturación magnética y el aumento de las pérdidas en el hierro. Durante la regulación de velocidad de frecuencia variable, para garantizar un flujo magnético constante en el motor, generalmente se adopta la estrategia de control de "relación tensión-frecuencia constante". Sin embargo, en el rango de baja frecuencia, la caída de tensión de la resistencia del estator del motor es relativamente significativa; si no se realiza una compensación de tensión, el flujo magnético real será insuficiente. Por otro lado, una compensación excesiva provocará saturación magnética, lo que aumentará considerablemente la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas (denominadas colectivamente pérdida de hierro) del núcleo de hierro. El aumento de la pérdida de hierro intensifica directamente el calentamiento del motor. En tercer lugar, se reduce la eficiencia del sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración de los motores de CA (como los ventiladores) suele estar conectado rígidamente al eje del motor, y su volumen de aire de refrigeración es proporcional a la velocidad del motor. En condiciones de baja frecuencia con regulación de velocidad de frecuencia variable, la velocidad del motor disminuye, la velocidad del ventilador disminuye en consecuencia, el volumen de aire de refrigeración se reduce considerablemente, el calor generado por el motor no se puede disipar a tiempo y la acumulación de calor provoca un aumento de la temperatura del motor, activando así la protección contra sobrecargas.
2. Medios técnicos para evitar el sobrecalentamiento y la sobrecarga
Por todo lo anterior, se pueden utilizar las siguientes medidas técnicas para suprimir eficazmente el sobrecalentamiento y la sobrecarga de los motores de CA durante la regulación de velocidad de frecuencia variable: Primero, optimizar la estrategia de control del inversor para reducir las pérdidas armónicas. Por un lado, adoptar tecnología de modulación PWM de alto rendimiento, como la Modulación por Ancho de Pulso Vectorial (SVPWM). En comparación con la Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal (SPWM) tradicional, la SVPWM puede reducir eficazmente el contenido armónico de la tensión de salida del inversor y disminuir las pérdidas armónicas. Por otro lado, implementar la compensación de tensión en el rango de baja frecuencia. Mediante el cálculo preciso de la caída de tensión de la resistencia del estator, aumentar adecuadamente la tensión de salida del inversor para garantizar un flujo magnético constante y evitar el aumento de las pérdidas de hierro causadas por la saturación magnética. Además, algunos inversores de gama alta incorporan funciones de supresión de armónicos, que pueden atenuar aún más el impacto de los armónicos mediante filtros integrados. Segundo, mejorar el sistema de refrigeración del motor para optimizar la disipación térmica. Para motores que operan a bajas frecuencias durante largos periodos, se puede utilizar un ventilador de refrigeración de accionamiento independiente. El ventilador se alimenta mediante una fuente de alimentación dedicada, independiente de la velocidad del motor, lo que garantiza un volumen de aire de refrigeración estable a cualquier velocidad. Al mismo tiempo, se puede optimizar la estructura de disipación térmica del motor, por ejemplo, aumentando el número de disipadores, utilizando materiales de alta eficiencia o instalando dispositivos de refrigeración forzada (como tuberías de agua de refrigeración y ventiladores) en la carcasa para mejorar la transferencia de calor. En tercer lugar, se seleccionan motores de frecuencia variable especiales para adaptarse a los requisitos de regulación de velocidad de la fuente. Estos motores están diseñados considerando las características de la regulación de velocidad de frecuencia variable, con menor resistencia del estator, mejores materiales de núcleo de hierro y estructuras de bobinado, lo que reduce eficazmente las pérdidas armónicas y de hierro. Asimismo, sus sistemas de refrigeración están diseñados, en su mayoría, de forma independiente para garantizar la disipación térmica a diferentes velocidades. En comparación con los motores de CA convencionales, el problema del calentamiento de los motores de frecuencia variable especiales en condiciones de regulación de velocidad de frecuencia variable se reduce significativamente y su capacidad de sobrecarga es mayor. En cuarto lugar, la monitorización en tiempo real y la protección inteligente previenen riesgos de sobrecarga. Instale sensores de temperatura y de corriente en el sistema de control del motor para monitorear en tiempo real parámetros clave como la temperatura del devanado del motor y la corriente del estator. Cuando la temperatura monitoreada supera el umbral o se produce una sobrecarga de corriente, el inversor toma automáticamente medidas de protección, como la reducción de frecuencia y la reducción de carga, para evitar daños al motor causados por el calentamiento continuo. Al mismo tiempo, se puede lograr una distribución equilibrada y dinámica de las cargas mediante la optimización de algoritmos del sistema de control.reduciendo la probabilidad de que el motor funcione bajo condiciones de carga pesada durante un largo tiempo.
En resumen, el fenómeno de sobrecalentamiento y sobrecarga de los motores de CA durante la regulación de velocidad de frecuencia variable se debe principalmente al aumento de las pérdidas armónicas, la saturación magnética con mayor pérdida de hierro y la disminución de la eficiencia de refrigeración. Mediante la optimización de la estrategia de control del inversor, la mejora del sistema de refrigeración, la selección de motores de frecuencia variable especiales y la implementación de monitorización y protección en tiempo real, entre otros medios técnicos, este problema se puede eliminar eficazmente, garantizando así el funcionamiento estable, eficiente y fiable de los motores de CA en condiciones de regulación de velocidad de frecuencia variable, prolongando la vida útil del equipo y mejorando la economía y la seguridad de todo el sistema de transmisión.
