Por qué las pruebas de desmagnetización no son negociables para las máquinas PM
Neodimio-hierro-boro (NdFeB) Los imanes alimentan los motores eléctricos con mayor densidad de energía del mercado, pero desmagnetizan. Todo imán permanente tiene un campo coercitivo. (HC) por debajo del cual la magnetización es estable; excederlo con un campo opuesto suficientemente grande y el imán pierde parcial o totalmente su flujo remanente. En motores de tracción, este umbral se puede traspasar durante un fallo de cortocircuito trifásico, un evento de sobrecorriente severo, o funcionamiento prolongado a temperatura elevada del imán. Una vez desmagnetizado, el motor produce menos torque por amperio, corre más caliente, y es posible que nunca se recupere sin ser remagnetizado en la fábrica..
Por lo tanto, las pruebas de validación deben demostrar dos cosas: primero, que el motor sobreviva los eventos de falla definidos en su especificación sin desmagnetización irreversible; segundo, que opera dentro de la región de operación segura en todo el rango de temperatura que verá en servicio. Esta guía explica cómo se configuran las pruebas de desmagnetización y qué significan los resultados para las decisiones de diseño..
Antecedentes de física: La curva de desmagnetización
La característica relevante del material es la curva de desmagnetización B-H a la temperatura de funcionamiento.. Los grados de NdFeB se definen por su densidad de flujo remanente Br (normalmente 1,0–1,4 T a 20°C) y su coercitividad intrínseca Hci. Ambos caen al aumentar la temperatura: Br aproximadamente −0,11 %/°C y Hci entre −0,5 y −0,7 %/°C para los grados estándar. Como consecuencia, un imán que resiste cómodamente la corriente máxima del eje d a 25°C puede desmagnetizarse parcialmente a 120°C bajo la misma corriente. Grados de alta coercitividad (P.EJ., Grado N42SH o N42UH) aumentar el umbral de temperatura pero a un costo mayor y con una densidad de flujo ligeramente reducida.
El diseñador del motor calcula la línea de carga (el campo magnético visto por el imán debido a la fuerza magnetomotriz del devanado) y verifica que nunca cruza el codo de la curva de desmagnetización.. La validación de la prueba luego confirma estos cálculos experimentalmente..
Elementos de prueba básicos
1. Línea base de Back-EMF previa a la prueba
Antes de cualquier inyección de fallo, el banco de pruebas acciona el motor a una velocidad definida (velocidad nominal típica o 1,000 rpm) en condiciones sin carga y registra la forma de onda back-EMF línea a línea en múltiples puntos de ajuste de temperatura: 25°C, temperatura de funcionamiento del imán (80–120°C), y la temperatura máxima especificada. El valor RMS fundamental de cada fase y el espectro armónico se almacenan como línea base de referencia.. La desmagnetización reducirá la amplitud fundamental.; La desmagnetización parcial o asimétrica también introducirá contenido armónico adicional..
Métricas clave: back-EMF constante kE a cada temperatura; distorsión armónica THD < 3% para una máquina bien diseñada.
2. Inyección de pulsos de cortocircuito
El evento más crítico para la desmagnetización es un cortocircuito trifásico repentino en los terminales del motor.. El banco inyecta un pulso de cortocircuito controlado mientras el motor gira a la velocidad nominal o máxima., aplicando la corriente desmagnetizante en el peor de los casos (que alcanza su punto máximo inmediatamente después del inicio de la falla y luego decae con la constante de tiempo del eje d). La duración se controla para que coincida con el tiempo de eliminación de fallas del inversor., normalmente entre 1 y 10 ms. La prueba se repite a la temperatura máxima especificada del imán. (usando una cámara térmica o calentadores de resistencia integrados en el devanado para remojar previamente los imanes). Después de cada pulso, el motor se enfría a 25°C y la fuerza contraelectromotriz se vuelve a medir y se compara con la línea base.
Criterio de aprobación: Reducción fundamental de los FEM < 2% (o según la especificación OEM) después de cualquier evento de falla a la temperatura especificada.
3. Alta temperatura (Térmico) Prueba de desmagnetización
en esta prueba, El motor se empapa a la temperatura máxima nominal del imán. (a menudo entre 120 y 160 °C según el grado) con la corriente desmagnetizante más desfavorable aplicada continuamente. La combinación de una temperatura elevada, que reduce el Hci, y el campo opuesto de la corriente máxima del eje d representa la condición operativa sostenida más grave.. La temperatura se mide con termopares integrados. (tipo K) en múltiples posiciones del imán. La prueba se lleva a cabo durante el tiempo correspondiente a la sobrecarga máxima sostenida o la constante de tiempo térmica del imán., luego el motor se enfría y se vuelve a medir la contraEMF.
4. Detección de desmagnetización asimétrica
La desmagnetización parcial de segmentos magnéticos individuales genera armónicos uniformes en la fuerza contraelectromotriz que están ausentes en un motor sano. La FFT de las tres formas de onda back-EMF se compara antes y después de la inyección de fallas.; la aparición de contenido armónico 2.º y 4.º por encima del nivel de ruido indica daño magnético localizado. La desmagnetización asimétrica es particularmente importante para máquinas multipolares con imanes de segmento porque un solo segmento dañado crea un desequilibrio en el rotor y puede excitar las frecuencias de los rodamientos..
Métricas clave: 2nd amplitud armónica < 0.3% de fundamentales; asimetría entre fases < 1%.
5. Desmagnetización bajo eventos de falla repetidos
La inyección de fallo se repite N veces. (donde N está definido por el análisis de seguridad funcional o el modelo de confiabilidad de campo) para evaluar la degradación acumulativa. Un motor que sobrevive a una sola falla aún puede mostrar una desmagnetización progresiva después 10 o 20 eventos. El banco de pruebas automatiza la secuencia de impulsos., monitorea los EMF inversos después de cada evento, y traza la trayectoria de degradación. Un motor cuya contraEMF se estabiliza después de 2 o 3 fallas tiene un mecanismo de degradación saturable; uno que continúa disminuyendo requiere una revisión del diseño.
6. Verificación de remagnetización
Si el motor no cumple el criterio de desmagnetización, los imanes se remagnetizan utilizando un magnetizador de pulso y el motor se vuelve a probar. Esto confirma que la desmagnetización no fue causada por un defecto de fabricación. (imán agrietado, calificación equivocada, dirección de magnetización incorrecta) pero por la condición de operación que excede los márgenes de diseño.
Requisitos del banco de pruebas
El banco de pruebas de desmagnetización requiere una fuente de alimentación de CA o CC programable capaz de generar la corriente máxima de cortocircuito. (normalmente de 3 a 10 veces la corriente nominal durante 1 a 10 ms), un sistema de medición de corriente de alto ancho de banda (ancho de banda > 10 kHz para capturar el pico de corriente de falla con precisión), y una cámara térmica o un sistema de acondicionamiento de refrigerante líquido para mantener la temperatura del imán dentro de ±2 °C durante la prueba.. El sistema de medición back-EMF debe resolver las amplitudes de voltaje para 0.1% del valor de escala completa en un amplio rango de frecuencia (50 Hz a 2 kHz para máquinas con un alto número de polos).
Qué significa esto para la selección del banco de pruebas
Las pruebas de desmagnetización se sitúan en el límite entre la caracterización de máquinas eléctricas y la validación de seguridad.. La infraestructura de prueba debe integrar electrónica de potencia capaz de inyectar fallas controladas con metrología de precisión para la medición de backEMF.. Si su programa de motor utiliza imanes de ferrita o NdFeB de alto rendimiento y funciona a temperatura elevada o bajo corriente alta del eje d para debilitar el campo, La prueba de desmagnetización no es opcional; es una puerta requerida en el plan de verificación del diseño..
Apoyamos programas de pruebas de desmagnetización desde pequeños servomotores hasta grandes motores de tracción con capacidad de cientos de kilovatios.. Para analizar las configuraciones de prueba para su grado de imán específico y su envolvente operativa., habla con nuestro equipo de ingeniería.
Habla con un ingeniero
Necesita ayuda para seleccionar el equipo de prueba?
Cuéntanos tu tipo de motor, rango de potencia y requisitos de prueba: recomendaremos la configuración correcta del banco de pruebas dentro de 24 horas.
