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Motore sincrono vs. asincrono

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

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[1] Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteRobi64 » 9 ott 2017, 15:25

Salve

Vorrei capire meglio la differenza tra motore asincrono e motore sincrono. Ho letto in rete che la differenza sta nel fatto che il sincrono gira in maniera sincrona con il campo rotante dato dalle tre fasi.
Poi il sincrono viene sempre identificato come " a magneti permanenti ". E' sempre così?
L'asincrono invece proprio per lo sfasamento fra campo rotante e rotazione mantiene di fatto la rotazione.
Qui non capisco se via via lo sfasamento aumenta o si assesta dopo un tempo ad un valore costante (in tal modo mi sembrerebbe che in realtà diventa sincrono pure lui).
Anche costruttivamente volevo capire meglio cosa differenzia l'uno dall'altro. Ovvero cos'è che rende sincrono il comportamento nel primo ed asincrono il comportamento del secondo.

Saluti
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[2] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 10 ott 2017, 10:03

La differenza nel funzionamento a regime è quella che hai scritto.
Nell'asincrono la coppia dipende allo scorrimento (in modo quasi proporzionale, entro un certo range), perciò l'angolo meccanico-elettrico e quello del campo di statore, a carico, avranno una differenza che aumenta sempre, visto che le relative velocità angolari (o frequenze) sono diverse.

Costruttivamente, gli asincroni (in inglese "Induction Motors", se vuoi fare delle ricerche) si differenziano dai sincroni (e a loro volta i sincroni da tipo a tipo) per la struttura del rotore. Il rotore di un asincrono è praticamente uniforme lungo il giro meccanico (le cave sono distribuite molto fittamente e cortocircuitate ai capi del pacco di rotore), mentre un sincrono ha delle caratteristiche che cambiano lungo il giro, con "strutture" (polarizzazione dei magneti o tagli nel ferro) che caratterizzano i poli.

I principali tipi di motori sincroni sono:
- a magneti permanenti Permanent Magnet Synchronous Motors, a magneti superficiali Surface Mount - PMSM (SM-PMSM, i comuni "brushless") o interni Interior-PMSM (IPMSM).
- a riluttanza variabile (poco diffusi al momento, ma si pensa che sostituiranno l'asincrono)
- a rotore avvolto ("wound-rotor"), usati prevalentemente come generatori, qualcuno li usa in applicazioni di altissima potenza o li propone per trazione elettrica

Per farti un'idea puoi dare un'occhiata a questo bel documento di Danfoss:
http://danfoss.ipapercms.dk/Drives/DD/Global/SalesPromotion/Brochures/ProductBrochures/UK/Motortechnology/
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[3] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteRobi64 » 10 ott 2017, 11:16

Ok grazie e mentre mi preparo a studiare il documento che mi segnali ti vorrei chiedere ancora alcune cose.
Ad esempio posso utilizzare l'inverter per controllare la posizione o la velocità o la coppia in entrambi?
L'asincrono sembrerebbe più flessibile. qual è allora l'applicazione "principe" in cui si vedono i vantaggi del sincrono. E' tutto detto nell'affermazione che il sincrono è per l'appunto tale rispetto al campo rotante?
Se io devo ruotare un asse per raggiungere un set di posizione forse è meglio il sincrono? E se invece devo raggiungere un setpoint di velocità è meglio l'asincrono?

Grazie e saluti
Roberto
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[4] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 10 ott 2017, 22:36

Ci sono varie ragioni per le quali utilizzare uno piuttosto che l'altro, a seconda delle applicazioni, non ultime considerazioni sui costi.
Io non sono un utilizzatore di motori, quindi ti do mio punto di vista, che è a monte dell'applicazione.

I sincroni a magneti permanenti sono molto utilizzati nelle applicazioni di posizionamento (servo), o comunque dove il controllo deve avere dinamiche molto veloci e/o accuratezza elevata. Naturalmente per queste applicazioni è necessario il sensore di posizione.
In generale, per poter controllare opportunamente un sincrono (di tutti i tipi) è necessario conoscere in modo abbastanza accurato (istante per istante) la "posizione elettrica" del rotore. In alcune applicazioni, dove le specifiche di dinamica e "precisione" (ad esempio ripple) sono blande, si riescono ad utilizzare algoritmi di stima della posizione e della velocità ("sensorless"), che però possono essere anche parecchio complicati.

Gli asincroni sono motori generalmente poco costosi, ma tendenzialmente meno efficienti, più voluminosi e con dinamiche più lente. Si riescono a controllare anche in modo semplice, se le richieste sono blande, mentre se si vogliono utilizzare per applicazioni di precisione o dinamica elevata, allora sono necessari algoritmi più complessi.
Il controllo sensorless, nell'asincrono, è molto difficile a velocità bassa (specie se è richiesto il controllo di velocità, mentre il controllo di posizione non è fattibile), e non ha mai elevata precisione in termini di stima della velocità meccanica (a causa dello scorrimento). Nel sincrono, invece, la stima di velocità è molto accurata, a regime.

I motori a riluttanza non hanno ancora grande mercato, mentre gli IPMSM sono abbastanza utilizzati, ad esempio per la trazione (nella maggior parte delle auto elettriche ed ibride moderne), oltre che in alcuni elettrodomestici (lavatrici, condizionatori, ...).
Tra gli inverter industriali, solo da qualche anno ce ne sono alcuni in grado di supportare, con lo stesso prodotto, i vari tipi di motore. Uno dei problemi principali consiste nel garantire, dato un motore quasi sconosciuto (solo dati di targa disponibili), la taratura automatica dei parametri dell'algoritmo di controllo, tale da permettere un funzionamento accettabile dell'azionamento.
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[5] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteRobi64 » 13 ott 2017, 13:44

Normalmente, o meglio se si cerca in rete, vedo che si parla del motore sincrono tal volta sembra in termini "drammatici" (ho volutamente un po esagerato). Nel senso che vedo sempre ripetuto che ... la perdita del sincronismo può indurre forti vibrazioni, rotture ecc.. altrettanto frequentemente si trova che per avviare il motore sincrono c'è bisogno di qualcosa che lo trascini alla velocità di rotazione (quale poi, a meno che non si consideri quella fissa data dalla frequenza di rete e dal numero di coppie di poli, ma questo non si confà bene con i discorsi di controllo di posizione o di velocità ecc. tramite inverter o con i problemi legati alla variazione del carico). A questo punto penso che tutte queste problematiche sia superate magari tramite dispositivi di controllo tipo inverter che via via si sono evoluti anche per superare tali problematiche. Quindi con l'inverter ottengo un controllo molto preciso di questo motore sia in posizione che in velocità e forse in coppia, vuoi anche per una maggior "precisione" (dovuta forse anche proprio dal "sincronismo" del motore stesso) del motore.
Mi pare di capire che gli stessi ragionamenti si applicano difficilmente agli asincroni dove proprio lo scorrimento diventa l'elemento che rende difficile la regolazione sia in velocità che in posizione a meno che l'applicazione non richieda tale precisione.
Grazie
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[6] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto Utenteblusol » 13 ott 2017, 13:47

Si ma cosa deve azionare il motore? Di che potenza su parla?
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[7] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteRobi64 » 13 ott 2017, 14:18

I casi sono diversi. Ne farò una cernita e ti passerò i dati. Ma ovviamente scrivo in questo forum per avere anche una spiegazione del perché, non solo il referto.
In generale adesso ti posso dire che si tratta di applicazioni per la stabilizzazione di imbarcazioni (da piccole a grandi e quindi non c'è una potenza fissa in gioco) tramite superfici immerse (tipo le ali dell'areo) che vengono movimentate (ruotando intorno ad un asse) sia idraulicamente che con motori elettrici (la nuova frontiera). Si potrebbe richiedere di controllare la posizione ma forse appare più efficace la velocità. Poi sarebbe da provare la coppia.
Ciao
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[8] Re: Motore sincrono vs. asincrono

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 16 ott 2017, 14:36

Molte informazioni che si trovano in rete, specie su temi tecnici, purtroppo sono vecchie o incomplete, spesso anche poco precise.

Le catastrofiche conseguenze di cui si parla per la perdita di sincronismo sono sicuramente riferite ai sincroni a rotore avvolto, usati ampiamente come generatori, specialmente per le taglie più grandi.
Se connessi direttamente alla rete, devono avere una gabbia di rotore (in pratica poter funzionare anche da motori asincroni), e probabilmente lo scorrimento ammesso sarà limitato.
Non sono un esperto di queste cose.

I motori sincroni a magneti permanenti o a riluttanza, invece, vengno normalmente controllati tramite inverter, con controllo sincrono, cioè si fa in modo che non ci sia scorrimento.
A dire il vero, può accadere che ci sia scorrimento (ad esempio nel controllo sensorless, quando l'algoritmo di stima si "perde"), ma questo non ha, normalmente, conseguenze distruttive, anche perché il controllo di corrente rimane attivo.
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