I motori a magnete permanente aumentano la precisione dell'efficienza industriale

I motori elettrici sono la linfa vitale dell'industria moderna e, tra questi, i motori sincronici a magneti permanenti (PMSM) stanno emergendo come una soluzione superiore in diversi settori.Quali vantaggi offrono rispetto ai motori tradizionali? Quali progettazioni ingegnose sono nascoste nella loro struttura? Quali strategie di controllo uniche le rendono eccezionali?metodi di controllo, e applicazioni.

Il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) è un tipo di motore sincrono in cui il campo magnetico di eccitazione è fornito da magneti permanenti.Rispetto ai tradizionali motori sincronici elettricamente eccitati, i PMSM eliminano la necessità di avvolgimenti di eccitazione aggiuntivi e fonti di alimentazione, con conseguente struttura più compatta e maggiore efficienza.I PMSM offrono una maggiore densità di potenza, rapporto coppia/inerzia e precisione di controllo, che li rende ideali per servo-driver ad alte prestazioni, veicoli elettrici, generazione di energia eolica e altre applicazioni.

I PMSM sono costituiti principalmente da due parti: lo statore e il rotore.

Lo statore, il componente fisso di un PMSM, comprende principalmente il nucleo dello statore e le avvolgimenti dello statore.Gli avvolgimenti dello statore sono incorporati negli slot del nucleo dello statoreIn base alla distribuzione dell'avvolgimento, gli avvolgimenti dello statore possono essere classificati come:

Gli avvolgimenti distribuiti presentano più slot per palo e per fase (Q=2,3Il loro vantaggio consiste nel sopprimere efficacemente armoniche più elevate e nel migliorare le prestazioni motorie, anche se la complessità di fabbricazione aumenta.

Gli avvolgimenti concentrati utilizzano una fessura per polo per fase (Q=1).

Il rotore, il componente rotante, presenta magneti permanenti come sua innovazione chiave.

In SPMSM, i magneti sono montati direttamente sulla superficie del rotore.ma soffre di una minore resistenza meccanica e di una vulnerabilità magnetica alle influenze dell'aria.

Gli IPMSM incorporano magneti all'interno del rotore, offrendo una resistenza meccanica superiore e la capacità di utilizzare la coppia di riluttanza per aumentare la densità di coppia.compresi i mono strati, strati multipiani e strati di tipo V.

Un'ulteriore classificazione basata sul rapporto di salienza divide i PMSM in:

• PMSM a polo saliente:Quando l'induttanza dell'asse diretto (Ld) differisce dall'induttanza dell'asse quadrato (Lq).
• PMSM a polo non saliente:Dove Ld è uguale a Lq.

Quando una corrente alternata simmetrica multifase scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore, il campo magnetico rotante del statore e il campo magnetico permanente del rotore si trasformano in una corrente alternata simmetrica.genera un campo magnetico rotanteIl campo magnetico permanente del rotore si sincronizza con questo campo rotante, producendo coppia che guida la rotazione.Il funzionamento sincrono avviene quando la velocità del rotore corrisponde alla velocità di rotazione dello statore.

Simile ai motori a induzione, la corrente alternata a tre fasi nelle avvolgimenti dello statore PMSM crea un campo magnetico rotante.

n = 60f / p

dove n è la velocità di rotazione (rpm), f è la frequenza (Hz) e p è il numero di coppie di poli.

L'interazione tra i campi magnetici permanenti del rotore e i campi di rotazione dello statore produce coppia elettromagnetica.e parametri strutturali del motoreGli SPMSM generano principalmente coppia magnetica permanente, mentre gli IPMSM producono sia coppia magnetica permanente che coppia di riluttanza a causa della loro progettazione a polo saliente.

Il controllo PMSM mira alla regolazione precisa di velocità, coppia e posizione. Data la loro natura non lineare e fortemente accoppiata, il controllo PMSM presenta sfide uniche.

Questo metodo semplice controlla la velocità del motore mantenendo un rapporto costante tra tensione e frequenza.rendendolo inadatto ad applicazioni ad alte prestazioni.

Questa tecnica avanzata decompone la corrente dello statore in componenti di eccitazione e coppia per un controllo indipendente.FOC offre un'elevata precisione e una risposta dinamica, ma richiede algoritmi complessi che coinvolgono trasformazioni di coordinate e identificazione dei parametri.

Utilizzando il flusso del rotore come riferimento, questo metodo decompone la corrente dello statore in componenti dell'asse d e dell'asse q per un controllo separato dell'eccitazione e della coppia,che consentono una risposta rapida alla coppia ma richiedono dati precisi sulla posizione del rotore.

Questa variazione utilizza il flusso dello statore come riferimento, eliminando la dipendenza diretta dalla posizione del rotore ma aumentando la complessità algoritmica.

DTC regola direttamente la coppia controllando i vettori di tensione dello statore per abbinare i valori di coppia e di flusso di riferimento.produce un'ondata di coppia significativa che richiede misure di attenuazione.

L'eliminazione dei sensori di posizione riduce i costi e la complessità.

Questo metodo stima la posizione del rotore dalle osservazioni back-EMF, ma ha difficoltà a basse velocità a causa delle piccole amplitudini del segnale vulnerabili alle interferenze acustiche.

Iniezionando segnali ad alta frequenza e monitorando le variazioni di induttanza causate dagli effetti di salienza, questo approccio funziona bene per gli IPMSM ma richiede frequenze di commutazione più elevate.

Utilizzato per i PMSM con back-EMF trapezoidale, questo metodo semplice produce un'ondata di coppia significativa.

Rispetto ai tradizionali motori a induzione, i PMSM offrono:

L'eliminazione della corrente di eccitazione riduce le perdite, particolarmente evidenti sotto carichi leggeri.Gli studi dimostrano che i PMSM raggiungono un'efficienza superiore di circa il 2% rispetto ai motori a induzione ad efficienza superiore (IE3) in condizioni comparabili.

I magneti permanenti ad alta energia consentono campi magnetici più forti all'interno di dimensioni compatte, fornendo più potenza per unità di volume.

I disegni compatti del rotore con bassa inerzia facilitano operazioni di start-stop e accelerazione rapide, migliorando la risposta dinamica.

Metodi di controllo avanzati come FOC e DTC consentono una regolazione precisa della velocità, della coppia e della posizione, soddisfacendo applicazioni servo esigenti.

I PMSM eccellono in diversi campi:

Ideali per i sistemi di propulsione dei veicoli elettrici, i PMSM migliorano la gamma e l'accelerazione.

Le turbine eoliche PMSM a propulsione diretta eliminano i riduttori, riducendo le perdite meccaniche e la manutenzione migliorando l'affidabilità in ambienti difficili.

Come componenti fondamentali di servosistemi ad alte prestazioni, i PMSM soddisfano le esigenze rigorose dei robot industriali e delle macchine utensili CNC.

Ampiamente utilizzati nei condizionatori d'aria a inverter, nelle lavatrici e nei frigoriferi, i PMSM migliorano l'efficienza energetica riducendo al contempo il rumore e prolungando la durata.

Con la loro efficienza superiore, densità di potenza e precisione di controllo, i PMSM rappresentano un significativo progresso nella tecnologia motoria.Mentre i materiali magnetici permanenti e gli algoritmi di controllo continuano ad evolversiLa ricerca in corso nel campo della progettazione dei motori, delle strategie di controllo, della tecnologia e delle tecnologie di controllo, ha permesso di sviluppare un'ampia gamma di tecnologie per il controllo delle emissioni.La ricerca e l'impiego di tecnologie senza sensori promettono di guidare lo sviluppo continuo del PMSM.