Il motore sincrono a magneti permanenti (Motore Brushless)

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1 Il motore incrono a magneti permanenti (Motore Bruhle) Azionamenti e Controllo dei Sitemi meccanici Ing. F. L. Mapelli

2 Il motore incrono a magneti permanenti (motore bruhle) Sull armatura eterna fia (tatore) è dipoto un avvolgimento polifae immetrico di indotto (trifae con fai a,b,c dotate di ai magnetici R faati pazialmente a, b, c di 2π/3 e numero di conduttori N i ) Sull armatura interna quella interna (rotore) un magnete permanente m. R b a Le bobine di tatore ono alimentate da un generatore equilibrato di corrente trifae N S ε M i S R a b N c M m R m i a i b i c v a v b v c R c a) b)

3 Motore Bruhle Rotore con Magneti Permanenti S N Avvolgimenti (bobine di tatore) Senori di Poizione rotore

4 Mot. Bruhle: I campi rotanti n Nel motore bruhle eitono quindi 2 elettro-magneti elementari equivalenti. n Queti elettromagneti ruotano: uno è il campo rotante generato dall avvolgimento trifae di tatore, l altro è quello dovuto ai magneti permanenti preenti ul rotore (il quale ovviamente ruota). n I due campi ruotano incroni e quello di tatore tracina quello di rotore. n Il fluo concatenato totale con gli avvolgimenti di tatore è la omma dei contributi dovuti ai due campi. n Per individuare il modello elettromeccanico del motore vanno calcolate le epreioni delle tenioni che ono dovute alla preenza di queti campo compleivo.

5 Motore Bruhle: equazioni elettriche Le equazioni ono le medeime vite per il olo avvolgimento tatorico, il fluo concatenao tiene conto anche del contributo dei magneti permanenti Le equazioni di fae ono inteticamente Rappreentate da quelle faoriali. Si è aggiunto l apice per indicare il faore rotante riferito agli ai fii, quindi enza apice è riferito agli ai rotanti d,q. ω

6 Motore bruhle: le equazioni Il faore fluo concatenato compleivo è: Eplicitando la parte rotante: Calcolando la derivata ripetto al tempo i ottiene la f.e.m. compleiva: Aggiungendo anche il contributo dovuto alla c.d.t reitiva i ottiene l equazione elettrica

7 Motore bruhle: le equazioni nei faori Eliminando dalla equazione precedente la parte rotante (e jwt ) L equazione elettrica compleiva è dove i faori ono riferiti ad un itema di ai rotanti q v Separando nelle componenti d,q riferite agli ai rotanti flui e correnti: ω i L i j i q i d ωt ψ m d α R a

8 Motore bruhle: le equazioni calari econdo le componenti d,q ψ = ψ + j ψ ; i = i + j i d q d q Sotintuendo nella equazione faoriale le epreioni dei faori epicitando le componenti i ottiene l equazione elettrica in forma calare: Il modello va corredato da una equazione dell equilibrio dinamico meccanico: Per calcolare la coppia motrice Cm i effettua un bilancio energetico.

9 La coppia elettromagnetica: Bilancio energetico Il prodotto calare tra faore tenione e corrente indica la potenza entrante nel motore Sotituendo nella equazione del motore i ha: Iolando i termini e identificandone i ignificati: Potenza elettrica entrante Perdite eff. Joule derivata energia nella L Potenza erogata de all albero Pe = P L joule + + Cm ω dt

10 La coppia elettromagnetica: La potenza meccanica vale: Da cui i ricava l epreione della coppia elettromagnetica Tale epreione vale per un motore con un paiapoli n=1. Nel cao la macchina abbia un numero di paia poli n uperiore all unità la pulazione delle grandezze elettriche ω el è n volte la velocità di rotazione meccanica dell albero ω m. L epreione della coppia i modifica come egue ed è come avere in ucita un riduttore di fattore n.

11 Flui di potenza e regolazione la velocità i regola tramite la pulazione delle correnti; il eno ciclico di rotazione i modifica cambiando il eno ciclico delle correnti (quindi imponendo che la corrente nella fae b ia in anticipo e quella nella fae c in ritardo ripetto alla corrente nella fae a); il modulo della coppia i regola agendo ulla corrente di indotto. v a v b i a i b i c de L dt S N v c P Ω P j P m U

12 Modello dinamico elettromeccanico completo Le equazioni dinamiche elettromeccaniche complete ono quindi:

13 Motore Bruhle: Circuiti Equivalenti Modello dinamico, Regolazione R L i d R L i q v d ω L i q v q ( Ψ + L i ) ω m d Il motore bruhle i preenta con un circuito equivalente a due macchine in corrente continua a meno dei due termini di accoppiamento. Affinchè il comportamento ia imile conviene tenere a zero la corrente id che tra le altre coe non produce coppia.

14 Motore Bruhle: Circuiti Equivalenti Modello dinamico, Regolazione R L i d R L i q v d ω L i q v q ( Ψ + L i ) ω m d Il motore bruhle i preenta con un circuito equivalente a due macchine in corrente continua a meno dei due termini di accoppiamento. Affinché il comportamento ia imile conviene tenere a zero la corrente i d che tra le altre coe non produce coppia.

15 θ θ θ θ v a v b v c Motore Bruhle: Schema a Blocchi T v d Ri d + + ɺ θl i q - L R 1 L i d i q i d T T i a i b i c ia,b,c e va,b,c ono grandezze fiiche che circolano negli avvolgimenti vd,q e id,q ono le componenti dei faori che rappreentano le grandezze fiiche SISTEMA MECCANICO θ ɺ θ STATORE C r - C + n J ɺ R v q Ri q L i q i q 3n ɺ θ L i + ɺ θψ d m ɺ + + Ψ m L i d ROTORE ψ m T e T T ono le traformazioni di riferimento d ai per i faori v e i

16 Schema a Blocchi: Dominio di Laplace n θ ɺ Cr=r Ω

17 Motore Brule: Il controllo n Il controllo della macchina i effettua ulle componenti di corrente id e iq n La id viene mantenuta a zero coì la macchina equivale a quella in c.c. n la iq regola la coppia poiché C m =nψm i q =Kt i q n Vanno predipoti nel itema di controllo: * 2 anelli di corrente uno per id=0 e uno per iq=c/kt T * dei blocchi di miura/traformazione T e T che: T traforma le correnti fiiche di fae ia, ib, ic (alternate inuoidali) nelle componenti (dinamiche) del faore i d e i q T T traforma le tenioni vd evq calcolate dai regolatori (alternate inuoidali) nelle tenioni di fae va vb e vc da applicare al motore attravero un convertitore

18 Schema di controllo Sorgente energia elettrica Conv M S Miure Correnti M iura Poizione Rotore