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L’integrazione tra motori sincroni a riluttanza ed azionamenti dedicati:
dall’altissima efficienza energetica alle alte prestazioni, con semplicità
Adriano Chinello – Global R&D and Marketing DirectorBonfiglioli Mechatronic & Motion Systems
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Perchè vogliamo incrementare l’efficienza energetica nel motion industriale
Dai motori alimentati da rete
agli azionamenti
ai Power Drive System
ad altissima efficienza
Efficienza energetica : spinte normative e tendenze del mercato
Global sales of electric motors by
efficiency class
IE4 / IES2 : sostenibilità ambientale ed economica
Losses reduction
Speed Torque IES1 IES2 BSR 90LE + ACU410 Reduction vs IES1
[%] [%] [%] [%] [%] [%]
100 100 39,1 31,2 19,5 -50%
100 50 23,7 19,0 12,7 -47%
50 100 30,5 24,4 18,3 -40%
50 50 20,0 16,0 10,5 -47%
50 25 16,9 13,5 7,3 -57%
0 100 27,9 22,3 17,3 -38%
0 50 17,1 13,7 9,4 -45%
0 25 14,5 11,6 6,4 -56%
PDS Relative losses
Normative Reference 61800-9-2
Operating point
50%
20%
30%
Pm 1500 W
Speed 1500 min-1
Energy price 0,202 € / kWh
Operation 24 h / day
[€ / y] [kWh / y] [kg CO2 / y (*) ]
3.492 17.290 15.267
Savings per year
(*) Emissioni CO2 per produzione energia termoelettrica da combustibili solidi
Stima Pay Back Period
9 mesi
Stazione di pompaggio: 10 x 1,5 kW
Il motore sincrono a riluttanza
Il motore utilizza il principio della variazione di riluttanza del circuito magnetico.
Il rotore presenta una notevole differenza di induttanza tra asse «iron» e asse «air» ( fattore 3 ÷ 7 )
assenza di avvolgimenti di rotore, semplicità e robustezza
Per la generazione di coppia, il campo magnetico di statore deve essere allineato con la posizione del rotore
controllo vettoriale (sensorless) tramite azionamento
Principali vantaggi in termini di efficienza energetica e semplicità d’uso
Nel confronto con i motori asincroni a induzione:
- Passaggio da classe IE2 a classe IE4 a parità di taglia motore (efficienza)
- Maggiore densità di coppia a parità di taglia motore (compattezza, leggerezza)
- Assenza di perdite di rotore (minore stress termico su cuscinetti e parti rotanti)
- Meccanica e statore derivati da motori asincroni (piena compatibilità installativa)
- Pacchetto motore / azionamento con controllo sensorless dedicato (massima efficienza)
Pacchetto azionamento – motore : massima efficienza energetica
L’algoritmo di controllo MTPA (Maximum Torque per Ampere)
applicato al modello digitale del motore disponibile nell’azionamento
minimizza l’energia elettrica per ogni livello di coppia
Pacchetto azionamento – motore : immediata valutazione dei benefici
La completa caratterizzazione del Power Drive System consente di effettuare a monte
la valutazione di ritorno dell’investimento, tramite semplici fogli di calcolo
Oltre l’efficienza energetica. Le prestazioni
Nel confronto con i motori asincroni a induzione:
- Assenza di scorrimento / slip (controllo sensorless accurato di velocità e coppia)
- Inerzia di rotore ridotta (migliore comportamento dinamico)
- Maggiore capacità di sovraccarico 3 x Tn (migliore comportamento dinamico)
- Buon controllo di velocità e coppia anche a bassa velocità (ampia applicabilità)
- Pacchetto motore / azionamento con controllo sensorless dedicato ( max prestazioni)
Pacchetto azionamento – motore : massime prestazioni
I vantaggi di base della tecnologia sincrona a riluttanza, uniti all’impiego
di strategie di controllo sensorless ottimizzate per i diversi punti di lavoro ed applicazioni,
consentono di ottenere importanti risultati prestazionali
- Start / stop con current injection
- Start / stop con field oriented control
- Start / stop con high frequency injection
- Commutazione a field oriented control
- Controllo opzionale closed loop
- …
Pacchetto azionamento – motore : massime prestazioni
Esempio: profilo di carico con elevata coppia iniziale
Pacchetto azionamento – motore : massime prestazioni
La stima del valore angolare utilizzata nel controllo è dipendente dai valori di induttanza Ld,Lq.
Poiché Ld, Lq sono dipendenti dal carico, il modello digitale del motore a bordo azionamento
consente di ottenere alte prestazioni del controllo a tutti i livelli di carico.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6
L [m
H]
I_rms [p.u.]
Example of Impedances of SynRM
Ld_look_up_table
Lq_look_up_table
Ld_fix
Lq_fix
Integrazione digitale nella Fabbrica 4.0 : motion chain
Integrazione digitale nella Fabbrica 4.0 : applicazione cliente
Take-aways
Grazie | Thank you