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Motori Sincroni a Magneti Permanenti trovano ampia applicazione nelle industrie grazie alla loro elevata efficienza, densità di potenza e controllo preciso. Questo blog spiega la costruzione e il principio di funzionamento del motore PMSM, i vantaggi e applicazioni.
I motori PMSM, come altri motori elettrici, sono costituiti da due componenti principali:
Statore: l'esterno è stazionario e trasporta avvolgimenti trifase che impostano il campo magnetico del rotore. Questi sono spesso impostati sinusoidalmente per ottenere una densità di flusso uniforme e sinusoidale. Gli avvolgimenti dello statore del PMSM sono progettati per consentire una buona dissipazione del calore.
rotore: Il rotore interno è montato con magneti permanenti che sono solitamente realizzati con materiali di terre rare come Neodimio-Ferro-Boro (NdFeB) per via della loro elevata forza magnetica. I magneti sono incollati sul rotore in quei punti in cui interagiranno con un campo magnetico rotante creato dallo statore.
I motori PMSM possono essere classificati in base alla disposizione dei magneti all'interno del rotore:
PM montato in superficie (SPM): I magneti sono montati sulla superficie del rotore. Questa costruzione ha i vantaggi di una minore complessità e, quindi, una maggiore densità di flusso dell'airgap, producendo una coppia più elevata. Ad alte velocità, tuttavia, i motori SPM richiedono manicotti strutturali aggiuntivi per trattenere i magneti. Un motore SPM richiede un manicotto in materiale ad alta resistenza all'esterno del PM per protezione.
PM interno: I magneti sono sepolti all'interno del nucleo del rotore. In tale configurazione, è possibile ottenere una migliore stabilità meccanica, velocità operative più elevate e una coppia di traferro più elevata. Posizionando i magneti all'interno del rotore si creano più barriere di flusso che aumentano la salienza e consentono una coppia di sovraccarico maggiore in un'ampia gamma di velocità. Il motivo per cui i motori IPM sono molto spesso favoriti nelle applicazioni ad alta velocità è dovuto alla loro robusta costruzione del rotore e alla possibilità di sopportare forze centrifughe più elevate. Nel caso di un motore IPM, i magneti permanenti sono sepolti all'interno del nucleo del rotore.
Il principio di funzionamento dei motori PMSM è l'interazione dei campi magnetici:
1. Campo magnetico rotante: La corrente alternata trifase negli avvolgimenti dello statore sviluppa un campo magnetico rotante nel traferro tra lo statore e il rotore.
2. Attrazione e repulsione magnetica:I magneti permanenti montati sul rotore esercitano un campo magnetico costante. Questo interagisce con il campo magnetico rotante dello statore, producendo forze di attrazione e repulsione.
3. Rotazione sincrona: Il campo magnetico del rotore si allinea tramite attrazione e repulsione magnetica dovuta alla rotazione del campo magnetico nello statore. Questo allineamento costante fa sì che il rotore ruoti in tandem con la rotazione creata nel campo magnetico dallo statore. La velocità di rotazione è direttamente correlata alla frequenza dell'alimentazione CA e al numero di poli all'interno del motore.
Alcuni dei metodi di controllo avanzati ampiamente utilizzati nei motori PMSM per applicazioni che richiedono un controllo preciso della velocità e della coppia includono quanto segue:
Controllo ad orientamento di campo (FOC):Fornisce una tecnica molto utilizzata che offre prestazioni dinamiche eccezionali, garantendo al contempo un controllo molto preciso della velocità e della coppia del motore. Il principio funziona trasformando le correnti dello statore trifase in due componenti ortogonali: una responsabile del flusso magnetico e l'altra della coppia. FOC consente il controllo indipendente di questi componenti, assicurando quindi il controllo completo del funzionamento del motore.
Controllo trapezoidale: A volte denominato commutazione a sei fasi, il controllo trapezoidale utilizza un tipo di controllo più semplice. Si basa su impulsi di tensione a onda quadra che vengono applicati agli avvolgimenti dello statore. Sebbene non sia altrettanto sofisticato, è sufficiente in applicazioni in cui la necessità di elevata precisione è minore. Il controllo trapezoidale è utilizzato nei motori BLDC.
Il principio di funzionamento del motore pmsm comporta alcuni vantaggi:
Alta efficienza: I PMSM hanno piccole perdite del rotore e maggiore efficienza. L'assenza di avvolgimenti del rotore nei motori PMSM elimina le perdite di rame del rotore, rendendoli quindi molto più efficienti dei motori a induzione. Hanno anche una perdita del rotore trascurabile, il che significa che non c'è perdita di calore.
Densità ad alta potenza: I potenti magneti permanenti nei motori PMSM significano che hanno un'elevata coppia in uscita con dimensioni compatte e assicureranno anche un elevato rapporto potenza/peso. Il fatto che i motori PMSM siano più densi di potenza li rende favorevoli per la densità di potenza in applicazioni su piccola scala.
Controllo preciso: Sono disponibili tecniche di controllo avanzate, come FOC, per fornire elevata precisione per il controllo di velocità e coppia. I PMSM trovano applicazione in applicazioni che richiedono elevata accuratezza e risposta dinamica, come le applicazioni servo industriali.
Ampia gamma di velocità: I motori PMSM possono funzionare in un'ampia gamma di velocità.
Basso rumore e vibrazione: La forma d'onda sinusoidale back-EMF e le tecniche di controllo di precisione determinano un funzionamento fluido e silenzioso. I PMSM sono meno rumorosi dei motori DC brushless.
Alta affidabilità: Senza spazzole, commutatori e altri dispositivi simili, l'usura del motore è ridotta al minimo, aumentandone così la durata e l'affidabilità.
I motori PMSM sono ampiamente apprezzati per le loro caratteristiche uniche, che ne consentono l'applicazione in vari campi. Nei veicoli elettrici (EV), i PMSM sono favoriti per la loro elevata efficienza, densità di potenza e ampio intervallo di velocità. Nell'automazione industriale, eccellono nella robotica, nelle macchine utensili e nei servosistemi grazie al loro controllo di precisione e alla risposta dinamica. I sistemi di energia rinnovabile, come turbine eoliche e centrali elettriche, traggono vantaggio dalla capacità dei PMSM di generare elettricità in modo efficiente. L'industria aerospaziale sfrutta la loro elevata densità di potenza e la costruzione leggera, mentre i sistemi HVAC li utilizzano in ventole, pompe e compressori per la loro efficienza e il funzionamento silenzioso.
I PMSM sono impiegati anche nell'elettronica di consumo per applicazioni simili, tra cui ventilatori e pompe. Trovano ulteriore utilizzo nei motori sincroni ad alta velocità, nei trasportatori a nastro, nei mulini a sfere, impianti di trattamento delle acque reflue, giacimenti petroliferi, attrezzature tessili, compressori d'aria, produzione di cavi ed estrusori di plastica, dimostrando la loro versatilità e indispensabilità in diversi settori.
ENNENG è uno dei principali fornitori di motori a magneti permanenti in Cina. ENNENG è anche una delle "Cento Imprese Innovative" di Qingdao nel 2018 e membro della Qingdao Motor Industry Association. I motori progettati da ENNENG sono altamente efficienti, molto affidabili e innovativi nelle funzionalità. Forniscono un'ampia serie di PMSM per adattarsi a diversi settori e applicazioni. Queste applicazioni includono:
Industria PMSM : I PMSM di ENNENG sono utilizzati nella guida meccanica di apparecchiature in centrali elettriche, metallurgia, impianti chimici, impianti di trattamento delle acque, miniere di carbone, fabbriche tessili e nella produzione di gomma, prodotti petroliferi, medicinali, carta, torri di raffreddamento, industrie alimentari. Questi motori hanno aiutato le aziende nella riduzione delle emissioni, nel risparmio energetico e nella riduzione del rumore.
PMSM per Minerario : I motori ENNENG vengono utilizzati nelle miniere d'oro e di carbone.
PMSM per Olio e gas: I motori dell'azienda vengono utilizzati nei giacimenti e nei pozzi petroliferi.
PMSM per Trattamento delle acque: I PMSM ENNENG sono utilizzati negli impianti di trattamento delle acque.
PMSM per Produzione di pneumatici: I motori ENNENG sono applicati sia alle fabbriche di pneumatici che alla produzione di gomma. Possono essere considerati una delle migliori opzioni per il risparmio energetico e il miglioramento dell'efficienza per i produttori di pneumatici. L'azienda offre anche sistemi di monitoraggio e gestione intelligenti per supportare gli aggiornamenti intelligenti delle fabbriche.
PMSM per Tessile: I PMSM di ENNENG trovano applicazione nell'industria tessile, sia su macchine a doppia torsione che su filatoi.
PMSM per Pompe e Compressori: ENNENG fornisce PMSM per pompe centrifughe, compressori d'aria e altri sistemi di pompaggio. I loro motori per compressori d'aria sono realizzati con materiali a magnete permanente in terre rare con avviamenti graduali e risparmi energetici fino al 50%. Questi motori garantiscono anche una maggiore durata del compressore.
PMSM per Trasportatori a nastro: Le basse velocità e l'elevata potenza dei nastri trasportatori utilizzati nei porti e nel settore minerario possono essere raggiunte utilizzando i PMSM prodotti da ENNENG.
PMSM per Estrusori di plastica: ENNENG produce motori sincroni a magneti permanenti per estrusori di plastica.
PMSM per Altre industrie: I prodotti ENNENG trovano applicazione anche in settori quali la metallurgia, la chimica, la medicina e l'industria della carta.
Qualità, prestazioni e soddisfazione del cliente sono tutti punti concentrati nella progettazione e costruzione di PMSM da parte di ENNENG. Con la sua presenza globale e l'impegno per il servizio clienti, è un partner fedele in quelle aziende che mirano ad aumentare l'efficienza con la sostenibilità attraverso la tecnologia PMSM ad alte prestazioni.
