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A Motore sincrono a magneti permanenti è un tipo di motore elettrico che, per definizione, principio di funzionamento del motore a magnete permanente, un motivo che può mantenere la sincronizzazione con la frequenza della corrente di alimentazione. I suoi componenti principali includono un rotore con magneti permanenti incorporati e un set di avvolgimenti nello statore per formare un campo magnetico rotante. L'integrazione coordinata di questi componenti presenta quindi operazioni efficienti e precise per i motori. I PMSM sono caratterizzati dalla loro elevata efficienza, dimensioni compatte e capacità di fornire una coppia elevata a bassa velocità.
Alcune delle caratteristiche principali dei PMSM che hanno contribuito al loro ampio utilizzo includono elevati rapporti coppia/peso ed elevata efficienza per applicazioni di risparmio energetico. Altri vantaggi sono la costruzione robusta, l'assenza di spazzole, la manutenzione ridotta e una maggiore affidabilità. Presentano inoltre operazioni ad alta velocità richieste in molti settori, il che porta a prestazioni più elevate rispetto ad altri tipi di motori.
Il funzionamento del PMSM drive si basa sull'interazione tra il campo del rotore e dello statore. Quando gli avvolgimenti dello statore trasportano corrente alternata, producono un campo rotante. Il campo rotante interagisce quindi con il campo che è stato prodotto dai magneti nel rotore. Il movimento sincronizzato si verifica quando il rotore si allinea nella posizione del campo rotante, punto in cui viene prodotta una coppia per azionare il movimento del rotore. Questa interazione del campo magnetico è fondamentale per garantire l'efficienza nel funzionamento in condizioni di carico.
Il rotore in un PMSM è solitamente costituito da magneti permanenti fabbricati con materiali quali neodimio-ferro-boro o samario-cobalto. Questi materiali hanno eccellenti caratteristiche magnetiche, rendendo possibile ottenere elevata efficienza e prestazioni in dimensioni ridotte. La caratteristica di coppia e i limiti di saturazione dipendono fortemente dalla progettazione del rotore. La conoscenza dei fenomeni di saturazione magnetica è quindi fondamentale per garantire una progettazione ottimale e un funzionamento affidabile a ogni condizione di carico.
Lo statore è progettato con strutture come nuclei e avvolgimenti a strati per ridurre le perdite di corrente e raggiungere un elevato livello di efficienza. Gli avvolgimenti dello statore sono disposti in modo da sviluppare un campo tale da interagire efficacemente con i magneti del rotore. Questi avvolgimenti sono disposti con molta attenzione al loro posizionamento, che influenza notevolmente molti aspetti delle prestazioni del motore, come la generazione di coppia e l'affidabilità operativa. Quindi, le configurazioni di messa a punto dello statore svolgono un ruolo importante nel raggiungimento di una maggiore efficienza complessiva nelle applicazioni che coinvolgono PMSM.
Poiché l'uso di azionamenti PMSM sta diventando sempre più popolare nelle applicazioni, diventa ancora più importante ottimizzare l'efficienza per renderli ancora più performanti. Gli approcci all'ottimizzazione dell'efficienza iniziano con l'analisi dei componenti delle perdite di energia all'interno del sistema di azionamento. Alcune tecniche includono la selezione di materiali e progetti appropriati nella costruzione dello statore e del rotore per ridurre al minimo le perdite. Dovrebbero essere integrate soluzioni di raffreddamento avanzate per mantenere la temperatura di funzionamento ottimale, che influenza direttamente le prestazioni del motore.
In generale, le perdite negli azionamenti PMSM possono essere raggruppate in perdite di rame, perdite di ferro e perdite parassite. Le perdite di rame, dovute alla resistenza degli avvolgimenti dello statore, dipendono dalla progettazione dell'avvolgimento e dal livello di corrente. Le perdite di ferro, che derivano essenzialmente dalle proprietà magnetiche dei materiali del nucleo, possono essere ridotte tramite un'appropriata scelta di materiali laminati. La conoscenza di queste componenti di perdita consente al progettista di adottare strategie specifiche volte a ottimizzare l'efficienza complessiva e la vita operativa del motore.
Un raffreddamento efficace e una gestione termica costituiscono i fattori più importanti che contribuiscono alle prestazioni e all'affidabilità dei PMSM. Un ambiente termico migliore limita la possibilità di surriscaldamento, che può causare danni o guasti ai componenti e quindi ridurre le prestazioni costanti. Gli approcci alla gestione delle condizioni termiche includono raffreddamento a liquido, raffreddamento ad aria e dissipatori di calore. Dando priorità a queste strategie di raffreddamento nella progettazione e nel funzionamento del motore, l'efficienza complessiva e la longevità degli azionamenti PMSM vengono notevolmente migliorate.
Per migliorare efficacemente le prestazioni complessive del sistema negli azionamenti PMSM, vengono presi in considerazione vari parametri, tra cui le valutazioni dell'efficienza del fattore di potenza e la fluidità dell'ondulazione di coppia in condizioni operative, casi di affidabilità e scenari.
Il fattore di potenza di un azionamento PMSM descrive il rapporto tra potenza reale e apparente. Esprime quanto bene il motore utilizza l'energia elettrica. I fattori di potenza più elevati sono correlati all'efficienza e ai costi energetici più bassi. L'ondulazione di coppia descrive la variazione di coppia durante la rotazione. Può influenzare il funzionamento del motore causando vibrazioni che incidono sulla stabilità del sistema.
Lo sviluppo dei materiali ha influenzato le prestazioni e l'efficienza operativa negli azionamenti dei motori sincroni a magneti permanenti. Alcuni degli entusiasmanti materiali in prima linea nel guidare il miglioramento dei PMSM includono la densità energetica dei magneti e le laminazioni che contribuiscono a ridurre la perdita magnetica. Tecniche di produzione avanzate, come la lavorazione e la produzione additiva, consentono la realizzazione di progetti di rotori e statori altamente ottimizzati che massimizzano il flusso con il minimo spreco di materiale. Questi sviluppi contribuiscono a ridurre i costi di produzione e a migliorare l'affidabilità operativa degli azionamenti PMSM.
Enneng è all'avanguardia nello sviluppo di materiali e tecniche per creare efficaci azionamenti PMSM in grado di soddisfare il cambiamento delle esigenze di varie applicazioni. Apportare modifiche alla progettazione dei componenti è fondamentale, il che è necessario per garantire migliori prestazioni, maggiore efficienza energetica e longevità.
