By
Motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) e i motori sincroni a riluttanza hanno la loro importanza nella sfera delle tecnologie dei motori contemporanei. Sebbene questi motori rientrino strutturalmente nella categoria dei motori sincroni Motori famiglia, vi è una notevole differenza nei principi di progettazione e funzionamento, nonché negli ambiti in cui vengono applicati.
Progettazione della struttura e scelta dei materiali
Motore sincrono a magnete permanente:
Nella maggior parte dei PMSM, il rotore è realizzato in materiale magnetico permanente ad alte prestazioni, in terre rare, come neodimio-ferro-boro (NdFeB) o samario-cobalto (SmCo), che fornisce un forte campo magnetico senza alcuna potenza di eccitazione esterna. Lo statore include un nucleo di ferro e avvolgimenti in cui viene fatta passare una corrente alternata trifase per creare un campo magnetico rotante. Normalmente, la struttura del rotore per un PMSM è semplice, piccola e leggera.
Motore sincrono a riluttanza:
La maggior parte dei SynRM adotta una configurazione del rotore unica, che è normalmente del tipo non impilato, un modo comune per ridurre la perdita di correnti parassite al suo interno. Non ci sono magneti permanenti sul rotore; la coppia è invece sviluppata utilizzando le caratteristiche di elevata riluttanza dei fogli di acciaio al silicio. La struttura dello statore sarà quindi essenzialmente identica al PMSM: nucleo di ferro e avvolgimenti. La struttura del rotore SynRM è relativamente complicata, sebbene meno costosa della fabbricazione del rotore.
Principio di funzionamento e meccanismo di funzionamento
Motore sincrono a magnete permanente:
Il principio di funzionamento del PMSM si basa essenzialmente su un'interazione di campi magnetici. In base a ciò, quando gli avvolgimenti sullo statore vengono eccitati, il campo magnetico rotazionale sviluppato interagisce con il campo magnetico dei magneti permanenti montati sul rotore, costringendolo così a seguire la rotazione esercitata dal campo magnetico rotante. Nel PMSM, è possibile una corretta regolazione della velocità di rotazione e della coppia tramite un appropriato controllo di frequenza, fase e ampiezza della corrente dello statore.
Motore sincrono a riluttanza:
Motore sincrono a riluttanza vs. magnete permanente. In un SynRM, l'energizzazione degli avvolgimenti dello statore crea un campo magnetico rotante che causa una variazione della riluttanza nel rotore. Regola automaticamente la sua posizione per ridurre al minimo la riluttanza e quindi ottiene una rotazione sincrona con il campo magnetico rotante. Il SynRM dipende dalla variazione della riluttanza nel rotore per la produzione di coppia e quindi la maggior parte delle caratteristiche di coppia del SynRM sono diverse da quelle del PMSM.
Caratteristiche prestazionali e analisi di vantaggi e svantaggi
Efficienza e consumo energetico
I magneti permanenti utilizzati come sorgente di campo magnetico sono responsabili dell'elevata efficienza e del basso consumo energetico dei PMSM. Per velocità più elevate, in condizioni di carico nominale, i PMSM normalmente offrono una migliore efficienza. SynRM richiede un'alimentazione di corrente aggiuntiva per produrre campi magnetici e quindi è un po' meno efficiente dei PMSM. Potrebbe essere diverso in condizioni di carico parziale poiché SynRM può ottimizzare le prestazioni in base alla regolazione del livello di corrente.
Prestazioni di regolazione e risposta dinamica
Frequenza, fase e ampiezza precise della corrente dello statore, elevata efficienza, ampia gamma di velocità e buone prestazioni sul controllo della velocità abilitano i PMSM. D'altro canto, è dinamicamente reattivo, per cui qualsiasi variazione del carico è prontamente reagita dal motore, che potrebbe non essere percepito. Sebbene SynRM soffra di alcuni svantaggi, come velocità relativamente bassa e risposta dinamica rispetto ai PMSM, la strategia di controllo richiesta è notevolmente ridotta, in modo che la progettazione del sistema di controllo sia relativamente semplice.
Prestazioni termiche e affidabilità
Prestazioni termiche e affidabilità Il materiale del magnete permanente del PMSM è costituito da materiale magnetico permanente di terre rare le cui prestazioni di resistenza alle alte temperature sono relativamente buone. Il suo pericolo è il rischio in ambiente ad alta temperatura di smagnetizzazione del magnete permanente morbido. Inoltre, è una struttura del rotore semplice; la sua struttura rende il PMSM più affidabile. Sebbene il SynRM abbia una struttura del rotore più complessa, è comunque dimostrata una buona stabilità termica, con bassi aumenti di temperatura in modo che possa mantenere buone prestazioni ad alte temperature. Inoltre, il costo del materiale del rotore è inferiore, rendendo quindi il SynRM relativamente economico da produrre.
Aree di applicazione
I principali motivi per cui i PMSM sono ampiamente utilizzati in applicazioni di fascia alta nei veicoli elettrici, nella generazione di energia eolica e nelle macchine utensili includono la loro elevata efficienza, le prestazioni di regolazione ad alta velocità e la rapida risposta dinamica. SynRM è applicato in aree sensibili ai costi come elettrodomestici e attrezzature industriali. Con elevata stabilità termica e basso aumento di temperatura, SynRM può mantenere buone prestazioni ad alte temperature. Per questo motivo, SynRM è applicato in alcuni campi speciali come aerospaziale, trivellazione petrolifera e altri dipartimenti.
Conclusione
Sono molto diversi nella progettazione strutturale, nei principi operativi, nelle prestazioni e nelle aree di applicazione tra i motori sincroni a riluttanza e i PMSM. I motori sincroni a magnete permanente possiedono maggiore efficienza, prestazioni di regolazione ad alta velocità e risposta dinamica rapida; pertanto, possono controllare l'arena di fascia alta nel mercato. Le applicazioni in campi sensibili ai costi, tuttavia, saranno dominate dai motori sincroni a riluttanza a causa dei loro prezzi bassi, dell'elevata stabilità termica e della struttura semplice. Molti fattori devono essere considerati per la selezione di un tipo di motore, tenendo in considerazione i requisiti e gli scenari applicativi specifici, per scegliere il tipo di motore più appropriato. In futuro, con il continuo miglioramento della tecnologia e l'espansione delle aree di applicazione, entrambi i tipi di motori saranno più importanti nei rispettivi campi.
