Motore sincrono vs motore asincrono

Motore sincrono vs motore asincrono

La differenza decisiva è la velocità del rotore rispetto al campo magnetico rotante dello statore: a motore sincrono Il rotore di gira esattamente alla stessa velocità di quel campo, mentre il rotore di un motore asincrono (a induzione) gira sempre leggermente più lentamente, una differenza chiamata scorrimento. Questo scorrimento è in realtà necessario per il funzionamento del motore a induzione, poiché il movimento relativo tra il rotore e il campo rotante è ciò che induce in primo luogo la corrente del rotore che genera coppia: un motore a induzione senza scorrimento non genererebbe alcuna coppia.

I motori sincroni evitano questa dipendenza perché il rotore trasporta il proprio campo magnetico (da magneti permanenti o avvolgimenti di campo) anziché fare affidamento sulla corrente indotta, che è ciò che gli consente di agganciarsi e mantenere l'esatta sincronizzazione con il campo dello statore anziché restare perennemente indietro rispetto ad esso.

Guida alla scelta del motore sincrono

• Conferma che l'applicazione necessita davvero di una velocità costante e indipendente dal carico — se la precisione della velocità non è fondamentale, un motore a induzione può offrire una soluzione più semplice ed economica
• Valutare i requisiti iniziali — la maggior parte dei motori sincroni (diversi dai tipi PMSM ad avvio automatico) necessitano di un metodo di avviamento o di un controllo VFD
• Valutare i vantaggi in termini di efficienza rispetto ai costi iniziali, in particolare per i progetti PMSM in cui il materiale magnetico aumenta i costi ma offre vantaggi in termini di efficienza
• Verificare che i requisiti di coppia rientrino nel limite di coppia di estrazione del motore nell'intero range operativo dell'applicazione
• Considerare il valore di rifasamento se il sistema elettrico più ampio della struttura trarrebbe vantaggio dalla capacità di alimentazione di potenza reattiva di un motore sincrono

Come scegliere un motore sincrono

La scelta di un motore sincrono specifico per un'applicazione inizia con l'abbinamento della coppia, della velocità e della potenza richieste al carico, in modo simile a qualsiasi processo di selezione del motore, ma con ulteriore attenzione al tipo di motore sincrono specifico più adatto all'applicazione. I design PMSM si adattano alla maggior parte delle applicazioni moderne dando priorità all'efficienza e alle dimensioni compatte , mentre i motori sincroni a rotore avvolto rimangono rilevanti per applicazioni industriali di grandi dimensioni in cui la complessità aggiuntiva del sistema di controllo dell'eccitazione è giustificata dalla scala dell'installazione e dal valore dell'eccitazione regolabile per il controllo del fattore di potenza.

Confronto dell'efficienza del motore sincrono

I motori sincroni, in particolare i modelli PMSM, generalmente superano i motori a induzione in termini di efficienza nella maggior parte del loro intervallo operativo, con il divario tipicamente più pronunciato a carico parziale, una condizione in cui molte applicazioni reali trascorrono un tempo di funzionamento significativo, anziché funzionare continuamente a pieno carico nominale. Questo vantaggio in termini di efficienza deriva dall'eliminazione delle perdite di scorrimento del rotore , il riscaldamento resistivo che si verifica nel rotore di un motore a induzione come diretta conseguenza della corrente indotta necessaria per generare coppia, un meccanismo di perdita che semplicemente non esiste nel rotore magnetizzato indipendentemente di un motore sincrono.

Caratteristiche della coppia del motore sincrono

La relazione coppia-velocità di un motore sincrono differisce fondamentalmente da quella di un motore a induzione: anziché variare continuamente la coppia con la velocità al variare dello scorrimento, un motore sincrono produce tutta la coppia necessaria per mantenere la velocità sincrona, fino al limite massimo di coppia (estrazione). Oltre questo limite, il motore non rallenta gradualmente come farebbe un motore a induzione — perde completamente la sincronizzazione e va in stallo, il che significa che le applicazioni con motori sincroni devono essere dimensionate con un margine di coppia adeguato al di sopra della coppia di carico massima prevista per evitare questa modalità di guasto improvviso.

Questo comportamento di coppia significa anche che i motori sincroni generalmente non si avviano automaticamente contro un carico stazionario come fanno molti motori a induzione, poiché il campo magnetico di un rotore stazionario non sviluppa una coppia media significativa contro un campo dello statore in rapida rotazione: la maggior parte delle applicazioni di motori sincroni richiedono un metodo di avviamento che porti il ​​rotore vicino alla velocità sincrona prima di impegnare il campo, o un azionamento a frequenza variabile che aumenti gradualmente la frequenza di alimentazione da zero.

Controllo della velocità del motore sincrono

Poiché la velocità del motore sincrono è direttamente legata alla frequenza di alimentazione, la regolazione della velocità richiede la regolazione di tale frequenza, che è esattamente ciò che fa un azionamento a frequenza variabile (VFD). I motori sincroni controllati da VFD offrono sia un controllo preciso della velocità che i vantaggi in termini di efficienza del funzionamento sincrono , una combinazione sempre più comune nei moderni sistemi di azionamento industriale e nei sistemi di propulsione dei veicoli elettrici, dove sono richiesti contemporaneamente sia il controllo preciso di velocità/coppia che l'elevata efficienza.

Motore a magneti permanenti vs motore a induzione

Questo confronto copre in gran parte lo stesso terreno del più ampio confronto sincrono vs asincrono, poiché PMSM è il design di motore sincrono moderno dominante che viene confrontato con i motori a induzione nella maggior parte delle discussioni attuali. I vantaggi del PMSM si concentrano sull'efficienza, sulla densità di potenza e sul controllo preciso , mentre i motori a induzione rimangono preferiti laddove i minori costi iniziali, la semplicità meccanica e la capacità di autoavviamento senza elettronica di controllo aggiuntiva superano i guadagni di efficienza che un PMSM offrirebbe per una determinata applicazione.

Selezione del motore ad alta efficienza

Selezionare un motore ad alta efficienza implica guardare oltre una singola cifra percentuale di efficienza e vedere come tale efficienza regge nell'effettivo intervallo operativo previsto del motore, poiché molte applicazioni funzionano ben al di sotto del pieno carico nominale per parti significative del loro ciclo di lavoro. Revisione dell'efficienza nell'intero intervallo di carico, non solo al 100% del carico, fornisce un quadro più accurato del consumo energetico effettivo e del potenziale di risparmio sui costi rispetto a fare affidamento solo su una singola valutazione di efficienza a pieno carico.

Confronto delle prestazioni del motore elettrico

Selezione del motore per apparecchiature industriali

La selezione dei motori per apparecchiature industriali generalmente inizia con la definizione del profilo di coppia e velocità del carico nell'intero intervallo operativo, quindi con la valutazione della tecnologia del motore che meglio soddisfa tali requisiti insieme all'efficienza, alla complessità del controllo e ai vincoli di budget. Applicazioni con carichi costanti e prevedibili e senza necessità di un controllo preciso della velocità spesso funzionano bene con i motori a induzione standard, mentre le applicazioni che richiedono una regolazione precisa della velocità, un'elevata efficienza o un controllo dinamico della coppia preferiscono sempre più i progetti sincroni (in particolare PMSM) abbinati al controllo VFD.

Fattori da considerare nella scelta di un motore elettrico

• Coppia e velocità richieste in tutta la gamma operativa, comprese le condizioni iniziali e di picco
• Requisiti di efficienza, sia a pieno carico che nelle tipiche condizioni operative a carico parziale
• Esigenze di controllo della velocità — velocità fissa, velocità variabile o controllo preciso della posizione/movimento
• Requisiti di avviamento ed elettronica di controllo disponibile (diretto in linea, VFD o altro metodo di avvio)
• Costo totale di proprietà, bilanciare i costi iniziali del motore e del controllo con i risparmi energetici attesi e i requisiti di manutenzione durante la vita utile dell'apparecchiatura