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I motori sono al centro di quasi ogni impianto industriale. Alimentano le pompe negli impianti idrici, i ventilatori nelle fabbriche tessili, i nastri trasportatori nelle miniere e i compressori nelle officine. Per molto tempo, il motore a induzione è stato la scelta principale. È robusto, ampiamente disponibile e affidabile. Ma ora... motore magnetico—spesso chiamato motore sincrono a magneti permanenti (PMSM)—sta ricevendo sempre più attenzione.
Perché succede questo? La risposta è legata a tre fattori: coppia, perdite e materiale. In questo articolo, analizzeremo da vicino il confronto tra queste due tipologie di motore.
I motori a induzione generano coppia per induzione. Il campo magnetico dello statore crea corrente all'interno del rotore, che a sua volta lo fa girare. Lo svantaggio è che all'avvio, i motori a induzione assorbono una corrente di spunto molto elevata, a volte da cinque a sette volte superiore a quella nominale. Ciononostante, la loro coppia di spunto non è sempre elevata. Le attrezzature pesanti potrebbero avere difficoltà ad avviarsi senza l'ausilio di soft starter o altri dispositivi.
I motori magnetici si comportano in modo diverso. Il rotore è dotato di magneti integrati. Ciò significa che la coppia è immediatamente disponibile. Possono fornire un'elevata coppia di spunto, da tre a cinque volte la coppia nominale, senza sollecitare la rete elettrica. Nella pratica, questo è utile per nastri trasportatori, compressori o macchine tessili che devono avviarsi sotto carico.
Motore a induzione: Necessita di slittamento per funzionare, quindi coppia ed efficienza variano con il carico. A regimi molto bassi, le prestazioni possono diminuire.
Motore magnetico: Funziona in sincronia con il campo dello statore. La coppia rimane stabile in un'ampia gamma di velocità.
Per i settori che utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD), questa coppia costante rende i PMSM più adatti.
I motori a induzione perdono potenza in diversi modi:
Calore nelle barre del rotore (rame o alluminio).
Perdite per slittamento, poiché il rotore non riesce mai a recuperare completamente il campo.
Corrente extra assorbita solo per costruire il campo.
I motori magnetici evitano gran parte di questo inconveniente. I magneti permanenti nel rotore creano il campo direttamente. Non è necessaria alcuna corrente aggiuntiva, quindi si spreca meno energia sotto forma di calore.
Motori a induzione: Solitamente efficiente all'85-92% al carico nominale.
Motori magnetici: Spesso hanno un'efficienza del 90-97% e mantengono un'elevata efficienza con un carico del 25-120%.
Questa differenza sembra minima, ma nelle fabbriche dove i motori funzionano giorno e notte, si somma. Nei compressori d'aria, ad esempio, i sistemi PMSM hanno dimostrato di ridurre il consumo energetico fino al 50%.
I motori a induzione utilizzano un rotore in acciaio laminato con barre di alluminio o rame. Sono semplici e robusti, ma dipendono dalla corrente indotta.
I motori magnetici utilizzano materiali a base di terre rare come il neodimio-ferro-boro (NdFeB) all'interno del rotore. Questi magneti forniscono un campo magnetico potente senza assorbire corrente extra.
Grazie al forte campo magnetico, i PMSM possono fornire una coppia maggiore in un corpo più piccolo. In media, sono circa il 35% più piccoli e il 40% più leggeri di un motore a induzione simile. Questo è utile quando le macchine hanno poco spazio, come i filatoi tessili o gli alloggiamenti dei compressori d'aria.
I motori a induzione si surriscaldano. I motori PMSM, con minori perdite, rimangono più freddi. I test dimostrano che l'aumento di temperatura può essere inferiore di 20 K. Un motore più freddo protegge l'isolamento e ne prolunga la durata.
| caratteristica | Motore a induzione | Motore a magneti permanenti (PMSM) |
|---|---|---|
| Coppia di avviamento | Elevata corrente di spunto, coppia modesta | Coppia elevata, basso assorbimento di corrente |
| EFFICIENZA | 85–92%, cadute a basso carico | 90–97%, costante con carichi ampi |
| Perdite | Rotore + scorrimento + corrente magnetizzante | Minimo, nessuna corrente del rotore |
| Fattore di potenza | <0.9, necessita di compensazione | 0.95+ senza dispositivi aggiuntivi |
| Dimensioni e peso | Più grande, più pesante | Più piccolo, più leggero del 35-40% |
| Aumento di calore | Maggiore stress sull'isolamento | Più fresco di ~20K |
| Manutenzione | Più frequenti, cuscinetti e spazzole | Più basso, meno parti soggette a usura |
PMSM Sono ampiamente utilizzati nei sistemi di compressione. Grazie alla trasmissione diretta, non ci sono cinghie o ingranaggi, con conseguente risparmio energetico. Sono stati segnalati risparmi energetici del 40-50%.
I motori magnetici garantiscono una velocità precisa e un funzionamento più fluido. Nella tessitura o nella filatura, ciò si traduce in una migliore qualità del prodotto e minori vibrazioni.
La coppia stabile e il funzionamento a basse temperature consentono alle pompe di funzionare più a lungo senza surriscaldarsi, riducendo i costi e i tempi di fermo.
I tradizionali motori a induzione spesso necessitano di un riduttore. I motori PMSM consentono la trasmissione diretta, riducendo i cambi d'olio, le vibrazioni e gli interventi di manutenzione.
Un'azienda tessile nella Cina orientale ha dovuto far fronte all'aumento delle bollette elettriche. I suoi motori a induzione erano affidabili ma inefficienti. Dopo averli sostituiti con motori a magneti permanenti (PMSM), l'azienda ha registrato un risparmio energetico di circa il 20%. I lavoratori hanno anche notato macchine più silenziose e meno vibrazioni. Sebbene i nuovi motori fossero inizialmente più costosi, l'azienda ha recuperato il costo in meno di due anni.
Qingdao Enneng Motor Co., Ltd. L'azienda si concentra sulla progettazione e produzione di motori a magneti permanenti. I prodotti dell'azienda includono:
PMSM a bassa velocità e alta coppia per trasportatori nel settore minerario.
PMSM a velocità costante per attrezzature tessili e per fibre.
PMSM a trasmissione diretta per compressori e pompe.
I loro motori sono utilizzati nelle miniere di carbone, negli stabilimenti di pneumatici, nei giacimenti petroliferi e negli impianti di trattamento delle acque. Combinando un design avanzato con materiali ricavati dalle terre rare, Enneng fornisce motori che soddisfano gli standard di efficienza IE3-IE4, garantiscono temperature di esercizio più basse e durano più a lungo.
Considerando coppia, perdite e materiali, le argomentazioni a favore del motore magnetico sono solide. Offre una coppia più elevata, spreca meno energia e utilizza materiali che consentono di realizzare progetti più piccoli e leggeri.
I motori a induzione soddisfano ancora molte esigenze, ma nei settori in cui i costi energetici e i tempi di attività sono fondamentali, i motori PMSM sono spesso la scelta più intelligente. Per le aziende che esplorano questa strada, Qingdao Enneng Motor Co., Ltd. fornisce soluzioni di motori su misura che apportano efficienza e durata alla produzione reale.
D1: Perché un motore magnetico consuma meno energia di un motore a induzione?
Perché non necessita di corrente nel rotore. I magneti permanenti forniscono il campo direttamente, riducendo le perdite.
D2: Un motore magnetico può gestire carichi pesanti all'avvio?
Sì. I PMSM offrono una coppia elevata fin dal primo istante, senza assorbire un'elevata corrente di spunto.
D3: Quali materiali vengono utilizzati all'interno di un motore magnetico?
Di solito utilizzano magneti di terre rare come NdFeB, che sono piccoli ma molto potenti.
D4: La manutenzione è più semplice con un motore magnetico?
Lo è. Con meno parti soggette a usura e un funzionamento più fresco, le esigenze di manutenzione sono ridotte.
D5: In quali settori industriali vengono maggiormente utilizzati i motori magnetici?
Sono comuni nei compressori, nelle macchine tessili, nei trasportatori, nelle pompe e nei sistemi di trattamento delle acque.
