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Oggi, molti dispositivi rimangono azionati da motori a induzione CA. Tuttavia, la tendenza sta cambiando, poiché ingegneri e operatori di apparecchiature scelgono sempre più tipi di motori a magneti permanenti, principalmente per le loro dimensioni più piccole e la maggiore efficienza. Applicazioni come ventole, soffianti e pompe sono particolarmente adatte ai punti di forza dei sistemi di azionamento a magneti permanenti.
A Motore sincrono a magneti permanenti è un motore sincrono AC che impiega magneti permanenti per l'eccitazione del campo magnetico. Questi motori sono efficienti, brushless, rapidi e sicuri e vantano anche ottime prestazioni dinamiche. Con questi vantaggi, i motori sincroni a magneti permanenti trovano applicazione in un'ampia gamma di campi.
Un motore sincrono a magnete permanente (PMSM) è un tipo di motore sincrono che utilizza magneti permanenti come induttori. Nelle applicazioni industriali, un motore sincrono a magnete permanente è un prodotto importante.
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Che cosa è un motore sincrono a magnete permanente?
Un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) è un tipo di motore brushless molto apprezzato per la sua affidabilità ed efficienza. Ha un rotore a magnete permanente, che offre numerosi vantaggi come coppia elevata, dimensioni compatte e nessuna necessità di corrente del rotore. Invece di utilizzare avvolgimenti, il rotore utilizza magneti permanenti per creare un campo magnetico rotante. Questo design rende il motore semplice ed economico, poiché elimina la necessità di un'alimentazione CC. I PMSM funzionano come motori sincroni CA, con l'eccitazione del campo magnetico fornita da magneti permanenti, risultando in una forma d'onda EMF sinusoidale inversa. Ciò consente al PMSM di generare coppia anche a velocità zero. Tuttavia, per funzionare in modo efficiente, questi motori richiedono un inverter a controllo digitale.
Edilizia
Come tutti i motori rotanti, i motori sincroni a magneti permanenti sono costituiti da un rotore e uno statore. La struttura complessiva di un motore sincrono a magnete permanente ricorda da vicino quella di un motore sincrono standard, con la distinzione principale che risiede nel design del rotore. In questo tipo di motore, il rotore è privo di avvolgimenti di campo magnetico e presenta invece magneti permanenti montati.
Questi magneti permanenti servono a generare poli magnetici all'interno del motore. Tipicamente, i magneti permanenti utilizzati in tali motori sono realizzati con materiali come samario cobalto e neodimio ferro boro a causa della loro elevata permeabilità. Tra queste opzioni, il neodimio ferro boro è il magnete permanente più comunemente utilizzato grazie al suo rapporto costo-efficacia e alla sua ampia disponibilità.
I motori sincroni a magneti permanenti funzionano secondo un principio simile ai motori sincroni. Il suo principio di funzionamento si basa sull'interazione tra il campo magnetico rotante dello statore e il campo magnetico costante del rotore. Si basa sul campo magnetico rotante per generare un potenziale elettrico a velocità sincrone.
Quando si alimentano gli avvolgimenti dello statore con un'alimentazione elettrica trifase, all'interno dei traferri emerge un campo magnetico rotante. Questo campo induce coppia poiché i poli del rotore si bloccano in sincronia con il campo magnetico rotante a velocità costante, determinando una rotazione continua del rotore. Dato che questi motori non hanno la capacità di avviarsi da soli, la fornitura di un'alimentazione a frequenza variabile è essenziale per avviare il funzionamento.
Caratteristiche
-Antiscintilla, più sicuro in ambienti esplosivi
-Pulito, veloce ed efficiente
- Più compatto, efficiente, leggero e compatto di ACIM
-Progettato applicazioni servo ad alte prestazioni
-Funziona con o senza encoder di posizione
-Basso rumore ed EMI
- Prestazioni fluide a bassa e alta velocità
-Combinato con Field Oriented Control (FOC) per una produzione di coppia ottimale
Tipi
1. Classificazione dei motori PMSM in base alla progettazione del rotore:
Il rotore è costituito da magneti permanenti. I magneti permanenti sono realizzati in materiali ad alta coercitività. In base al design del rotore, i motori sincroni possono essere classificati come:
Motori con rotore a poli magnetici;
Motori senza rotore a poli magnetici.
Possono anche essere classificati come:
Motori sincroni a magneti permanenti interni
In questa costruzione, i magneti permanenti sono incorporati nel rotore come mostrato nella figura sottostante. È adatto e robusto per applicazioni ad alta velocità. La coppia di riluttanza è dovuta alla prominenza del motore.
Motore sincrono a magneti permanenti di superficie.
In questa configurazione, i magneti sono montati sulla superficie del rotore. È adatto per applicazioni ad alta velocità ma non è robusto. Il traferro è uniforme poiché la permeabilità dei magneti permanenti e del traferro sono le stesse. Nessuna coppia di riluttanza e alte prestazioni dinamiche lo rendono adatto per apparecchiature ad alta velocità come robot e azionamenti di utensili.
Classificazione dei motori PMSM in base al design dello statore
Lo statore è costituito da un telaio esterno e un nucleo con avvolgimenti. I modelli più comuni sono gli avvolgimenti bifase e trifase.
A seconda del design dello statore, i motori sincroni a magneti permanenti possono essere:
Avvolgimento distribuito;
Avvolgimenti centralizzati.
Controllo motore sincrono a magnete permanente
Poiché i motori sincroni a magneti permanenti devono essere azionati con onde sinusoidali, la complessità del controllo aumenta. I motori sincroni a magneti permanenti richiedono un sistema di controllo come un convertitore di frequenza o un servoazionamento.
Il sistema di controllo comprende un'ampia gamma di tecniche di controllo e la scelta del metodo di controllo più adatto dipende in gran parte dai requisiti specifici dell'azionamento motorizzato. Per compiti più semplici viene comunemente utilizzato il controllo trapezoidale con sensori Hall, mentre per ottimizzare le prestazioni di un azionamento motorizzato si preferisce spesso il controllo ad orientamento di campo.
Nella maggior parte dei casi, i PMSM necessitano di un convertitore di frequenza per l'avvio. Tuttavia, alcuni PMSM sono dotati di avviatori a gabbia di scoiattolo nel rotore, noti come avviatori di linea o autoavviatori. Queste configurazioni sono spesso utilizzate come alternativa altamente efficiente ai motori a induzione grazie all'assenza di scorrimento. Tuttavia, è fondamentale garantire che vengano raggiunte velocità sincrone e che il sistema possa sopportare l'ondulazione della coppia durante il processo di avviamento.
I motori sincroni hanno magneti permanenti?
In un motore sincrono a magnete permanente (PMSM), i magneti permanenti posizionati in un rotore in acciaio forniscono un campo magnetico continuo. Il campo magnetico rotante è generato dagli avvolgimenti dello statore accoppiati all'alimentazione CA (come in un motore asincrono).
Vantaggi dei motori sincroni a magneti permanenti
I vantaggi dei motori sincroni a magneti permanenti includono:
-Prestazioni dinamiche alle alte e basse velocità
-Alta densità di potenza
-Bassa inerzia del rotore per un facile controllo
-Nessuna ondulazione di coppia durante la commutazione del motore
-Coppia elevata e fluida
-Alta efficienza alle alte velocità
-Resistente all'usura
-Disponibile in piccole dimensioni in diverse confezioni
-Facile manutenzione e installazione
-Mantiene la coppia piena anche a basse velocità
-Alta affidabilità
-Efficiente dissipazione del calore
-Basso livello di rumore
Applicazioni
-Le applicazioni per i motori sincroni a magneti permanenti includono:
-Compressori AC
-Servosterzo elettrico automobilistico
-Macchine utensili
-Grandi sistemi di alimentazione per migliorare il fattore di potenza anticipato e ritardato
Negli ultimi anni, motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) sono stati sempre più utilizzati in unità ad alte prestazioni con lo sviluppo di elettronica a stato solido, processori e tecnologie di elaborazione intelligenti. I vantaggi dei PMSM sono la struttura semplice, le dimensioni ridotte, l'elevata efficienza e l'elevato fattore di potenza.
