Analisi completa della coppia di un motore sincrono a magneti permanenti

Il motore è uno dei pilastri fondamentali dello sviluppo dell'industria e della tecnologia contemporanea. Motore sincrono a magneti permanenti(I motori PMSM) hanno trovato anche ampie applicazioni in diversi settori grazie alle loro caratteristiche di risparmio energetico, efficienza e protezione ambientale. Tra i vari indici di prestazione del motore, la coppia è un fattore importante nella determinazione delle prestazioni operative del motore. La generazione, la regolazione e il controllo della coppia sono argomenti su cui sono dovuti molti dettagli anche per quanto riguarda la loro relazione con le prestazioni del motore.

Concetti basilari

La coppia è una delle principali grandezze fisiche che caratterizzano le prestazioni del motore e descrivono la coppia sviluppata durante la rotazione. In un motore sincrono a magnete permanente, la generazione di coppia richiederebbe un campo magnetico, corrente e la posizione del rotore rispetto allo statore. È tra le principali metriche in ogni prestazione di un motore e, in sostanza, mostra la quantità di coppia che un motore sviluppa durante la rotazione.

La costituzione di base di un motore sincrono a magnete permanente include uno statore, un rotore e un magnete permanente. Lo statore è dotato di avvolgimenti trifase; dopo il passaggio della corrente elettrica, produce un campo magnetico rotante. Il rotore è costituito da magneti permanenti e, mentre si intersecano con un campo magnetico rotante dello statore, i magneti permanenti del rotore producono coppia, facendo ruotare ulteriormente il motore.

Principio di funzionamento: il principio di funzionamento prevede che i PMSM funzionino principalmente sul principio che il controllo del campo magnetico e della coppia del motore è facilitato dal controllo dell'entità e della direzione della corrente. Ciò consente a una corrente elettrica di passare attraverso gli avvolgimenti trifase dello statore, sviluppando un campo magnetico rotante e, quindi, interagendo con i magneti permanenti nel rotore per produrre coppia. Il campo magnetico e la coppia del motore sono controllati dal cambiamento di entità e direzione della corrente, per raggiungere lo scopo di controllare il motore e regolare la velocità.

La coppia è il fattore più importante che influenza le prestazioni del motore sincrono a magnete permanente. L'entità della coppia è direttamente correlata alla potenza in uscita, all'efficienza e alla velocità di risposta del motore. La dimensione della coppia dipende dalla potenza generata e dalla velocità di risposta che un motore generalmente produce. Tuttavia, una coppia molto elevata può causare non solo il riscaldamento, ma anche molta usura in un motore; pertanto, controllare il valore necessario della coppia è importante in alcune applicazioni.

Inoltre, la coppia è strettamente correlata alle prestazioni di regolazione della velocità del motore. Nei motori sincroni a magnete permanente, modificando l'entità e la direzione della corrente, è possibile modificare la coppia del motore in modo da realizzare la regolazione della velocità del motore.

Caratteristiche della coppia di un motore sincrono a magneti permanenti

1. Generazione di coppia e fattori che influenzano

Principio fondamentale: La maggior parte della generazione di coppia in un motore sincrono a magnete permanente avviene essenzialmente con l'interazione del campo magnetico e della corrente elettrica. Quando una corrente elettrica viene trasmessa a un avvolgimento trifase sullo statore, si crea un campo magnetico rotante. Il campo magnetico sviluppato interagisce con i magneti permanenti incorporati nel rotore ed è responsabile della produzione di coppia per far funzionare il motore.

• Interazione tra campo magnetico e corrente
  • I magneti permanenti del rotore interagiscono con un campo magnetico rotante sviluppato negli avvolgimenti dello statore.
  • Questo costituisce la base stessa della generazione di coppia nei PMSM.
• Generazione del campo magnetico rotante negli avvolgimenti statorici
  • Generazione di campo magnetico rotante negli avvolgimenti dello statore Gli avvolgimenti dello statore sono eccitati da un'alimentazione CA trifase che genera un campo magnetico che ruota a velocità sincrona.
  • Questo campo rotante è necessario per una produzione di coppia continua e regolare. Interazione con magneti permanenti nel rotore
• Interazione con i magneti permanenti nel rotore
  • I magneti permanenti nel rotore forniscono un campo magnetico costante. I magneti permanenti del rotore forniscono un campo magnetico continuo. L'interazione di questo e del campo rotante dello statore è responsabile della generazione di coppia.

Fattori influenzanti

• Entità e direzione della corrente
  • Correlazione diretta con l'entità della coppia
    • Relazione diretta tra l'entità della corrente e l'entità della coppia
    • L'entità della coppia varia direttamente in base all'entità della corrente che passa attraverso gli avvolgimenti dell'indotto. Quindi, aumentando la corrente, significherebbe aumentare la coppia del motore.
  • La variazione della direzione della corrente altera la direzione della coppia
    • Invertendo la direzione del flusso di corrente si inverte la direzione della coppia prodotta.
    • Ciò rende questa capacità essenziale nelle applicazioni che richiedono che i motori funzionino sia in senso orario che antiorario. Intensità del campo magnetico
  • Intensità del campo magnetico
    • Un campo magnetico più forte si traduce in una coppia più elevata
      • L'altro fattore che influenza la coppia è l'intensità del campo magnetico.
      • Quanto più forte è il campo magnetico all'interno del rotore, tanto maggiore è la coppia prodotta, supponendo che la corrente rimanga costante.
    • Posizione relativa di rotore e statore
      • La variazione della posizione influisce sulla produzione di coppia
        • La produzione di coppia dipende dall'allineamento relativo dei campi magnetici del rotore e dello statore.
        • Gli allineamenti non corretti comportano una coppia e un'efficienza ridotte, mentre le condizioni di allineamento forniscono la coppia massima. Controllo e regolazione della coppia

1. Regolazione e controllo della coppia

Metodi di regolazione

• Regolazione corrente
  • Modifica dell'entità della corrente per modificare la coppia
    • La coppia sviluppata dal motore può essere variata o regolata variando l'entità della corrente fornita agli avvolgimenti dello statore.
    • Ciò fornisce uno schema di regolazione flessibile della potenza del motore, in base ai requisiti di carico.
  • Inversione della direzione della corrente per modificare la direzione della coppia
    • La direzione della coppia cambia al variare della direzione del flusso di corrente.
    • Questo aspetto diventa molto importante quando un'applicazione precisa richiede un controllo direzionale preciso nella rotazione.
  • Regolazione dell'intensità del campo magnetico
    • Modificare il numero di poli nel magnete permanente
      • La variazione dei poli di un magnete permanente consente di modificare l'intensità del campo magnetico.
      • Ciò aumenterà o diminuirà la coppia in uscita a seconda delle esigenze dell'applicazione.
    • Modifica della struttura del rotore
      • La conformazione strutturale di un rotore può cambiare, influenzando il campo magnetico generato.
      • Una variazione ottimale nella struttura di un rotore può migliorare lo sviluppo della coppia.
    • Regolazione della posizione del rotore e dello statore
      • Modifica della loro posizione relativa per regolare la coppia
        • Le regolazioni della coppia di un motore possono essere realizzate modificando il posizionamento reciproco tra rotore e statore.
        • Un corretto allineamento è fondamentale per mantenere un'elevata efficienza e una produzione di coppia ottimale. 

Control Techniques

• Algoritmi di controllo
  • Controllo preciso della coppia per un funzionamento regolare del motore
    • Algoritmi di controllo avanzati possono garantire un controllo di precisione sulla coppia in uscita e quindi consentire un funzionamento regolare.
    • Questi algoritmi si aggiorneranno in tempo reale con le relative regolazioni dei parametri del campo magnetico e della corrente per ottenere le migliori prestazioni.
  • Implementazione di algoritmi avanzati per prestazioni stabili
    • L'impiego di sofisticati algoritmi di controllo contribuisce a migliorare la stabilità e la reattività dei motori.
    • Questi algoritmi possono quindi contribuire alle prestazioni e alla coppia costante di un motore sotto carichi variabili, migliorandone anche l'efficienza e l'affidabilità complessive.

La comprensione di questi fattori e della loro influenza garantirebbe sicuramente efficienza ed efficacia in diversi contesti industriali, garantendo il miglioramento delle prestazioni dei motori PMSM in applicazioni molto diverse.

Strategia di ottimizzazione della coppia

L'ottimizzazione del motore sincrono a magnete permanente contribuirà a migliorare le prestazioni e il funzionamento della coppia. Di seguito sono riportate alcune delle strategie di base per l'ottimizzazione della coppia:

Ottimizza la progettazione del campo magnetico: È possibile eseguire l'ottimizzazione nella progettazione di un campo magnetico per una migliore coppia in uscita e l'efficienza del motore. Ciò può essere fatto modificando il numero di poli di un magnete permanente o modificando la distribuzione degli avvolgimenti dello statore.

Controllo preciso della corrente Preciso il controllo della direzione e dell'ampiezza della corrente può servire per ottenere lo stesso controllo preciso della coppia. Ad esempio, il controllo preciso della corrente può essere ottenuto tramite l'uso di sofisticati algoritmi di controllo della corrente oltre alla tecnologia dei sensori.

Ottimizza la struttura del rotore: L'ottimizzazione della struttura del rotore migliorerà la coppia di uscita e l'efficienza del motore. Ad esempio, la modifica del materiale, della forma o della struttura del rotore sarà coinvolta nell'ottimizzazione della struttura del rotore.

Adotta algoritmi di controllo avanzati: Algoritmi di controllo avanzati come il controllo fuzzy e il controllo della rete neurale possono essere applicati per sviluppare un controllo più accurato della coppia del motore per il miglioramento delle prestazioni. Algoritmi di controllo avanzati, tra cui il controllo fuzzy e il controllo della rete neurale, possono essere eseguiti per l'implementazione di una coppia del motore di controllo precisa.

Con i progressi nella scienza e nella tecnologia, ci sarà uno sviluppo continuo per quanto riguarda la tecnologia di coppia di PMSM. In futuro, vorremmo vedere un uso molto più efficiente della tecnologia di coppia nel contribuire al risparmio energetico e all'amicizia ambientale per lo sviluppo industriale e tecnologico. Si ritiene che ulteriori realizzazioni di un funzionamento efficiente, stabile, continuo e sostenibile del motore in futuro riguardino una continua ricerca approfondita e un'applicazione pratica della tecnologia di coppia PMSM.