Dubbio controllo motori sincroni trifase

[Filippo Danilo Michelacci]

Buonasera, oggi all' università abbiamo affrontato il tema del controllo di velocità dei motori sincroni trifase. Premettendo che il corso è di ingegneria meccanica, ci è stato spiegato che controllare tali motori è complicato perchè serve un encoder per misurare la posizione angolare per ottenere così la trasformata da variabili statoriche(modello matematico) a fisiche . Inoltre bisogna controllare le intensità statoriche e il voltaggio. Il mio dubbio sorge in quanto non capisco perchè la velocità non possa semplicemente essere regolata con un inverter che vada a lavorare direttamente sulla frequenza dato che il rotore possiede velocità costante indifferentemente dal carico applicato, dipendente proprio dalla frequenza di rete e dal numero di poli. Chiedo quindi a voi esperti se per favore potete chiarire questo mio dubbio.

Grazie in anticipo

[rguaresc]

8 hours ago, Filippo Danilo Michelacci said:

dato che il rotore possiede velocità costante indifferentemente dal carico applicato

La coppia disponibile non è infinita. Se il comando applicato richiede una coppia che il motore non può dare si perde il sicronismo. Per questo per pilotare un brushless si devono acquisire i parametri fisici.

Modificato: 26 novembre 2020 da rguaresc

[max.bocca]

Esempio sugli organi hammond c'è il motore sincrono ma c'è anche il motore di start, qui non essendoci grande sforzo non c'è retroazione.

 

[emanuele.croci]

Visto che il rotore è un magnete permanente , ti direi anche che è necessario conoscere (tramite encoder o altro trasduttore) la sua posizione angolare per poter allineare i suoi poli con quelli del campo magnetico rotante. 

Altrimenti , potresti avere il motore che ruota nella direzione opposta a quella desiderata (simile al caso di 2 calamite che si respingono anziché attrarsi).

Oppure che non ruota affatto.

In un motore asincrono non hai questo problema, perché il rotore è un magnete indotto (quindi per sua natura allineato al campo rotante)

Ciao, Emanuele

 

Modificato: 26 novembre 2020 da emanuele.croci

[Sandro Calligaro]

Credo che la risposta alla tua domanda sia un mix di quello che dicono rguaresc ed emanuele.croci, insieme ad altre ragioni.

Il fatto che un motore sincrono giri alla velocità di sincronismo è vero solo a regime. In transitorio non è nemmeno così scontato dire cosa sia la frequenza.

 

Ci sono diversi tipi di motori sincroni trifase:

- a rotore avvolto, senza gabbia di smorzamento (qualcuno li chiama Electrically Excited Synchronous Motor);

- a rotore avvolto, con gabbia di smorzamento;

- a magneti permanenti (PMSM);

- a riluttanza.

 

Se, come immagino, ti hanno parlato del caso più semplice, cioè i motori sincroni a magneti permanenti superficiali (Surface Mount-PMSM quelli chiamati commercialmente "brushless"), in quei motori la coppia è proporzionale alla corrente di asse q (secondo le coordinate di rotore, che ti hanno introdotto). Questo significa che la corrente che produce coppia è 90° in anticipo (per coppia positiva) o in ritardo (per coppia negativa) rispetto alla posizione dell'asse di rotore o asse d (quello in cui si ha il massimo del flusso concatenato dovuto al magnete).
Quindi occorre conoscere la posizione del rotore per poter imporre la corrente nella direzione giusta, cioè a ±90° rispetto all'asse di rotore (si potrebbe dire, a regime, con la fase giusta) e dell'ampiezza giusta (tale da produrre la coppia desiderata).

Il controllo di corrente (e quindi di coppia, in base alle considerazioni di cui sopra) spesso non è fine a sé stesso, ma è il primo passo verso il controllo di velocità e/o di posizione (vedi qui). Fanno eccezione le applicazioni di trazione, in cui interessa principalmente la coppia.

 

 

Se si imponesse semplicemente la frequenza e l'ampiezza della tensione o della corrente (come si fa nel controllo scalare o "V/f" per gli asincroni), il sistema si comporterebbe tendenzialemente come un massa-molla, con smorzamento che dipende praticamente solo dall'attrito (quindi tende ad oscillare). Sarebbe quindi difficilmente stabile e la controllabilità comunque sarebbe molto molto inferiore rispetto al controllo fatto "come si deve".

 

 

Aggiungo una cosa (perdonatemi, ma ho il nervo scoperto su questa cosa, che purtroppo è poco nota 🙂)...

I SM-PMSM vengono usati molto spesso per applicazioni di precisione o e/o dinamica veloce (chiamate "servo"). In quei casi, il controllo deve essere molto veloce, lavora quasi sempre in transitorio. Ad esempio, in un robot, per seguire le traiettorie, sul motore di ciascun asse deve essere possibile controllare la coppia in modo molto preciso ed inseguendo variazioni anche molto veloci (= precisione + dinamica elevate). Infatti, sui robot vengono quasi sempre usati SM-PMSM.
Questo non significa che tutti i motori di questo tipo siano usati in applicazioni "servo", anzi. Con la richiesta di efficienza sempre più alta, o per ridurre ingombro e peso, si è iniziato ad usare PMSM anche in applicazioni "tranquille", come pompe, ventilatori, compressori (ad esempio nei condizionatori), elettrodomestici (frigoriferi, lavatrici, asciugatrici), eliche per droni o trazione nei modellini radiocomandati.

In tutte le applicazioni non servo, specialmente se non si deve lavorare a velocità nulla e se la coppia all'avvio non è molto alta, è possibile evitare l'uso di sensori di posizione, cioè applicare tecniche di controllo chiamate "sensorless" (dove per "sensor" si intende quello meccanico). In pratica, sfruttando solo le misure elettriche (tipicamente solo misura di tensione di alimentazione dell'inverter e corrente di uscita) e la conoscenza del modello del motore, si riescono a stimare posizione e velocità con dinamica e precisione sufficienti per poter controllare la velocità anche sotto carico.

 

[emanuele.croci]

Ottima spiegazione !!

[Livio Orsini]

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