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