Come gestire lo stato a vuoto del motore sincrono a magneti permanenti?

Il motore sincrono a magneti permanenti comprende principalmente uno statore, un rotore e un coperchio terminale. Lo statore è costituito da fogli laminati per ridurre la perdita di ferro prodotta durante il funzionamento del motore. Trasporta un avvolgimento CA trifase noto come indotto. Il rotore può essere realizzato in solido o pressato da laminati a cui può essere attaccato materiale a magnete permanente. In base alla posizione del materiale a magnete permanente sul rotore del motore, un motore sincrono a magnete permanente potrebbe essere suddiviso in due tipi di forme strutturali: tipo proiettato e tipo incorporato.

La struttura del circuito magnetico è semplice con bassi costi di produzione nel rotore sporgente. Tuttavia, un limite è che l'avvolgimento di avviamento non può essere installato sulla superficie e non è possibile realizzare un avviamento asincrono. Al contrario, le strutture del circuito magnetico dei rotori integrati sono più complicate e possono essere divise in tre tipi principali: radiale, tangenziale e ibrido. Questi tipi differiscono principalmente nella relazione tra la direzione di magnetizzazione di un magnete permanente e la direzione di rotazione di un rotore.

I PMSM sono ampiamente considerati motori ad alta efficienza grazie alla loro densità di potenza superiore, all'elevata efficienza e all'affidabilità. Nonostante i numerosi vantaggi dei PMSM, durante il funzionamento a vuoto si possono riscontrare diversi problemi: oscillazione, rumore e fluttuazioni di potenza. Per superare questi problemi e ottimizzare le prestazioni dei PMSM, si possono impiegare diversi approcci.

La struttura del circuito magnetico di tipo radiale ha magneti permanenti disposti radialmente e la direzione della magnetizzazione è perpendicolare alla rotazione del rotore. Può fornire un forte campo magnetico, che contribuisce a un'elevata coppia in uscita e all'efficienza.

Nella struttura del circuito magnetico di tipo tangenziale, tuttavia, solo i magneti permanenti sono disposti tangenzialmente al cerchio di rotazione del rotore. Questi avranno un effetto crescente sulla distribuzione del campo magnetico, riducendo così al minimo qualsiasi coppia di cogging in tale progettazione del motore.

Un tipo ibrido combina le caratteristiche della configurazione radiale e tangenziale, per cui si cerca un compromesso tra diversi vantaggi di entrambi. L'ottimizzazione della direzione di magnetizzazione mediante il potenziamento del circuito magnetico aumenta le prestazioni e l'efficienza dei design ibridi per soddisfare anche particolari requisiti applicativi.

In pratica, le soluzioni ai problemi di assenza di carico riguardanti i PMSM vengono fornite in diversi modi:

Tecniche di simulazione del carico: Bilancerebbe le oscillazioni senza carico simulando le condizioni di carico e quindi mantenendo la stabilità durante il funzionamento senza carico. Ciò è piuttosto utile in alcune applicazioni in quanto è possibile mantenere una prestazione costante.

Sistemi di controllo adattivo: Apportare modifiche quando le condizioni di carico cambiano rapidamente per ottenere prestazioni ottimali del motore. La loro regolazione in tempo reale ai carichi fluttuanti impedisce un uso inutile di energia e può anche ridurre al minimo i danni dovuti alle sue fluttuazioni.

Misure di riduzione del rumore: L'involucro acustico e il servizio di bilanciamento del rotore su base programmata possono ridurre notevolmente il rumore. Queste misure sono molto importanti in un ambiente in cui i livelli di rumore devono essere controllati per prevenire interruzioni o in conformità alle normative.

Livellamento delle variazioni di potenza in uscita: Una combinazione di dispositivi di accumulo di energia, come batterie e supercondensatori, con azionamenti a frequenza variabile crea la possibilità di un funzionamento di potenza in uscita regolare. Queste tecnologie offrono un'alimentazione elettrica costante senza condizioni di assenza di carico; tamponano le fluttuazioni e gestiscono la velocità del motore in base al carico.

Applicando questi approcci, le prestazioni PMSM possono essere ottimizzate e si può garantire che i PMSM funzioneranno efficacemente in un'ampia gamma di condizioni di lavoro. Non solo ottimizza le prestazioni del motore, ma ne prolunga anche il ciclo di vita, riducendo al minimo la frequenza di manutenzione e aumentando la fattibilità per molte applicazioni industriali.

Miglioramento della stabilità del sistema per le applicazioni del mondo reale

Tecniche di simulazione del carico

• Scopo: La simulazione dei carichi è una metodologia necessaria che aiuta a contrastare le oscillazioni a vuoto mediante l'uso di condizioni di carico reali. Questi sono i metodi per garantire un funzionamento stabile in condizioni a vuoto dei motori sincroni a magneti permanenti.
• Applicazione di esempio: Un PMSM che aziona un telaio in un mulino tessile può essere sottoposto a un simulatore di carico che fornisce una resistenza costante. Ciò impedirà possibili instabilità all'avvio o al funzionamento a carico leggero, che possono verificarsi quando il motore funziona senza un carico significativo.

Sistemi di controllo adattivo

• Scopo: I sistemi di controllo adattivi sono essenziali per rispondere rapidamente ai cambiamenti nelle condizioni di carico. Eseguono regolazioni in tempo reale nell'output del motore per mantenere le prestazioni a un livello ottimale.
• Applicazione di esempio: I motori negli impianti di lavorazione chimica spesso affrontano carichi molto variabili. Un sistema di controllo adattivo consentirà al PMSM di variare dinamicamente la sua potenza, riducendo lo spreco di energia e mitigando la possibilità di danni. Ciò consente prestazioni migliori e più affidabili in un'ampia gamma di condizioni di carico variabili.

Strategie di riduzione del rumore basate sull'esperienza sul campo

Recinzioni acustiche

• Scopo: In questi casi, le custodie acustiche installate attorno ai PMSM possono ridurre significativamente il rumore dei motori. Sono altamente applicabili in aree sensibili al rumore.
• Esempio di applicazione: Nei siti industriali vicini alle aree residenziali, è possibile utilizzare involucri acustici per mantenere il rumore dei motori al di sotto dei livelli che disturberebbero la vita dei residenti. Ciò garantisce che i motori rimangano entro i limiti di rumore senza che le loro prestazioni ne siano influenzate.

Servizi di bilanciamento

• Scopo: I servizi di bilanciamento pre-programmati del rotore del motore possono aiutare a evitare il rumore derivante dallo squilibrio. È fondamentale mantenere la fluidità operativa e la silenziosità del motore.
• Esempio di applicazione: Il rumore dei motori delle cartiere è molto fastidioso. Il bilanciamento del rotore rende il funzionamento del motore silenzioso, anche in assenza di carico. Crea un ambiente di lavoro più silenzioso e prolunga la durata del motore.

Mitigare le fluttuazioni di potenza con metodi comprovati

Sistemi di accumulo di energia

• Funzione: I sistemi di accumulo di energia, come batterie o supercondensatori, dovrebbero essere integrati per stabilizzare la potenza in uscita in condizioni di assenza di carico. Questi sistemi funzionano come un buffer per smorzare la fluttuazione nell'alimentazione elettrica.
• Esempio di applicazione: I sistemi di accumulo di energia possono essere utilizzati insieme ai PMSM per la stabilizzazione di un impianto di generazione di energia solare. I sistemi immagazzinano l'energia in eccesso e la rilasciano quando necessario, fornendo quindi un'alimentazione stabile e affidabile alla rete quando i motori non sono sotto carico.

Azionamenti a frequenza variabile (VFD)

• Scopo: I VFD rendono la velocità del motore variabile, a seconda del carico, e sono quindi molto ben applicati in applicazioni come il controllo di ventole e pompe. Prevengono le fluttuazioni di potenza e migliorano l'efficienza energetica operando a una velocità proporzionale al carico.
• Esempio di applicazione: I VFD nei sistemi HVAC funzionano a velocità costante delle ventole con sistemi che potrebbero non dover funzionare a pieno carico, il che non comporta inutili sprechi di energia; ciò può garantire un funzionamento regolare ed efficace senza influire sui carichi.

Personalizzazione per esigenze specifiche del settore

Progetti di motori specifici del settore

Come è stato utile: Per soddisfare particolari requisiti industriali di diversi settori, la personalizzazione dei motori della serie TYP garantisce prestazioni adeguate.

Esempio di applicazione: nelle industrie alimentari in cui l'igiene è molto importante, i PMSM possono essere progettati con superfici lisce e materiali facili da pulire: Questa progettazione evita la contaminazione e riduce la manutenzione durante il funzionamento a vuoto, mantenendo elevati gli standard di pulizia ed efficienza operativa.

Mitigazione armonica

• Scopo: Le funzionalità di mitigazione armonica sono molto importanti per l'implementazione di PMSM destinati ad ambienti sensibili all'alimentazione. Queste funzionalità mantengono la qualità dell'alimentazione e assicurano prestazioni stabili dei motori.
• Esempio di applicazione: I data center sono altamente sensibili ai problemi di qualità dell'alimentazione causati dalle armoniche. I PMSM personalizzati con mitigazione delle armoniche possono funzionare senza interrompere la qualità complessiva dell'alimentazione, garantendo prestazioni stabili e un'elaborazione dati affidabile anche in condizioni di assenza di carico.
• Le strategie per migliorare le prestazioni PMSM includono tecniche di simulazione del carico, sistemi di controllo adattivi, metodi di riduzione del rumore, mitigazione delle fluttuazioni di potenza e personalizzazioni specifiche del settore. Ogni strategia ha le sue sfide operative da affrontare per migliorare la stabilità, l'efficienza e l'affidabilità del motore.

Impatto sulle prestazioni del PMSM

• Queste ottimizzazioni discusse migliorano significativamente le prestazioni dei PMSM nel loro complesso. Per quanto riguarda la stabilità, la riduzione del rumore e la gestione dell'alimentazione, questi metodi faranno sì che i motori funzionino con efficienza e affidabilità in diversi scenari, comprese le condizioni senza carico.

Prospettive future

• Lo sviluppo continuo e le innovazioni nella tecnologia PMSM continuano a promettere guadagni nel mondo reale. Lo sviluppo futuro potrebbe produrre sistemi di controllo ancora più avanzati, materiali superiori e nuovi design che potrebbero ampliare l'inviluppo delle prestazioni dei PMSM in una varietà di applicazioni industriali.

v