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Motori sincroni a magneti permanenti sono altamente riconosciuti per la loro elevata efficienza, bassa rumorosità e affidabilità. Il controllo della velocità costituisce una parte integrante per ottenere le migliori prestazioni da un motore sincrono a magnete permanente. Proprio come ognuno di noi ha un ritmo o una velocità, i motori sincroni a magnete permanente cambiano la loro velocità applicazione condizioni per soddisfare le esigenze e raggiungere i migliori risultati.
Fondamenti del controllo di velocità di motori sincroni a magneti permanenti
Il motore sincrono a magnete permanente è un tipo di motore il cui rotore è costituito da magneti permanenti che interagiscono con gli avvolgimenti sullo statore per generare un campo magnetico. Nel motore sincrono a magnete permanente, durante il suo funzionamento, la regolazione della velocità è il modo essenziale per ottenere un'elevata precisione nella regolazione e nell'ottimizzazione delle prestazioni. I principi di base del controllo della velocità del motore sincrono a magnete permanente sono descritti di seguito.
Sincronizzazione del campo magnetico:
Il campo magnetico del rotore di un PMSM si muove in sincronismo con il campo magnetico rotante creato dallo statore, e tale movimento sincrono è ottenuto tramite il controllo della corrente nell'avvolgimento dello statore. Quando l'avvolgimento dello statore è eccitato, il campo magnetico sviluppato interagisce con il campo magnetico del magnete permanente, e il rotore segue il campo magnetico rotante in moto sincrono. Regola la velocità del campo magnetico di rotazione regolando la dimensione e la direzione della corrente nell'avvolgimento dello statore e, quindi, ottiene il controllo della velocità di un motore sincrono a magnete permanente.
Sistema di controllo a circuito chiuso:
L'approccio generale del PMSM si basa sul principio del controllo a circuito chiuso per garantire un controllo della velocità più accurato e stabile. Il sistema di controllo a circuito chiuso misura la velocità del motore e la confronta con la velocità target impostata, restituendo il segnale di errore al controller. Inoltre, questo controller regola la corrente dell'avvolgimento dello statore in base al segnale di errore in modo che la velocità del motore si avvicini gradualmente al valore impostato e sia compresa nell'intervallo impostato.
Metodi comuni di controllo della velocità del motore sincrono a magnete permanente
Controllo PID tradizionale:
Il PID tradizionale è uno dei metodi più semplici ma più comuni per il controllo della velocità del motore sincrono a magnete permanente. Questo metodo di controllo calcola una quantità di controllo confrontando l'errore tra la velocità impostata e la velocità effettiva, quindi trasforma questa quantità di controllo nella quantità di regolazione della corrente dell'avvolgimento dello statore. Un controller PID regola la corrente dell'avvolgimento dello statore in base all'entità dell'errore e alla velocità di variazione con l'obiettivo di un'approssimazione graduale del valore impostato della velocità del motore. Il controllo PID è semplice e facile da ottenere, ma potrebbero presentarsi alcune limitazioni nella risposta rapida e nella capacità anti-interferenza. Questo metodo è adatto per applicazioni che non richiedono un'elevata precisione di controllo, come pompe e altre applicazioni con carichi leggeri.
Controllo vettoriale:
Il controllo vettoriale è un tipo di metodo di controllo della velocità del motore sincrono a magnete permanente basato sul vettore di corrente. Realizza il controllo della velocità del motore scomponendo la corrente dell'avvolgimento dello statore in due componenti su assi ortogonali, assi magnetici e rotanti, e controllando rispettivamente l'ampiezza e la fase di queste due componenti. Il controllo vettoriale possiede quindi una buona risposta dinamica e un'elevata precisione di controllo, quindi è in grado di realizzare un controllo della velocità rapido e preciso. È applicabile nei casi in cui è necessario un controllo ad alta precisione con un carico pesante.
Controllo diretto della coppia (DTC):
È un tipo di metodo per il controllo della velocità del motore sincrono a magnete permanente, che si basa sulla catena magnetica e sulla coppia. Misura direttamente la catena magnetica e la coppia del motore e calcola la corrente appropriata dell'avvolgimento dello statore in base alla coppia e alla velocità target impostate. Con esso, le variazioni della catena magnetica e della coppia del motore possono essere tracciate in un istante e la corrente agli avvolgimenti dello statore viene quindi regolata con precisione. Realizzando un controllo di precisione sulla velocità del motore, si ottengono vantaggi tramite DTC, tra cui buone prestazioni dinamiche, risposta rapida e forte resistenza alle perturbazioni del carico, ma la sua struttura di base è relativamente complicata a causa della sua elevata richiesta di calcolo di controllo. DTC ha i meriti di risposta rapida, elevate prestazioni dinamiche e disturbo anti-carico, ma è relativamente complesso e richiede elevate risorse di calcolo del controller. Pertanto, è adatto per applicazioni che richiedono elevata precisione di controllo e prestazioni dinamiche, come macchine utensili e altre applicazioni in cui esistono grandi variazioni di carico.
Controllo predittivo del modello (MPC):
Il controllo predittivo del modello è il metodo di controllo della velocità basato su un modello matematico per il motore sincrono a magnete permanente. Prevede lo stato e il comportamento del motore per un periodo futuro utilizzando la modellazione matematica del sistema con un motore e determina una strategia di controllo superiore eseguendo i migliori calcoli di ottimizzazione rispetto agli obiettivi di controllo già impostati. Un controller MPC può prendere in considerazione molteplici fattori, come le caratteristiche dinamiche del motore, i vincoli e gli obiettivi di controllo in vista, per realizzare un controllo della velocità ad alte prestazioni. Le aree di applicazione con elevati requisiti di precisione di controllo e prestazioni dinamiche sono adatte per l'applicazione. MPC è adatto per applicazioni che hanno elevata accuratezza di controllo e prestazioni dinamiche.
Conclusione
Le tecnologie di controllo della velocità per motori sincroni a magneti permanenti sono un'importante area di ricerca, con un grande utilizzo pratico. Vari metodi di controllo della loro velocità mostrano prestazioni migliori e migliorate in diversi tipi di settori grazie alla presenza di accuratezza nelle operazioni del sistema motore. Ulteriori input di ricerca consentiranno sicuramente un'innovazione continua per ulteriori innovazioni che migliorerebbero la velocità dei motori sincroni a magneti permanenti. Ciò apre la strada ad applicazioni efficaci, economiche e più ecologiche per i settori.
