L’integrazione tra motori sincroni a riluttanza ed ... · Bonfiglioli Mechatronic & Motion...
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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
Logo
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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
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Efficienza energetica : spinte normative e tendenze del mercato
Global sales of electric motors by
efficiency class
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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
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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
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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)
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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
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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
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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)
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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
- …
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Pacchetto azionamento – motore : massime prestazioni
Esempio: profilo di carico con elevata coppia iniziale
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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
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Integrazione digitale nella Fabbrica 4.0 : motion chain
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Integrazione digitale nella Fabbrica 4.0 : applicazione cliente
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Take-aways
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Grazie | Thank you