Il campo di applicazione del motore elettrico

Tra i vari tipi di motori elettrici, il più utilizzato è il motore asincrono CA (noto anche come motore a induzione). È comodo da utilizzare, affidabile in termini di prestazioni,-economico e strutturalmente robusto, ma ha un fattore di potenza relativamente basso e una difficile regolazione della velocità. Per le applicazioni di potenza ad alta-capacità e bassa-velocità, vengono comunemente utilizzati motori sincroni (vedere motore sincrono). I motori sincroni non solo vantano un elevato fattore di potenza ma mantengono anche una velocità indipendente dall'entità del carico, determinata esclusivamente dalla frequenza di rete. Funzionano con maggiore stabilità. Negli scenari che richiedono un ampio-intervallo di controllo della velocità, vengono spesso utilizzati motori CC. Tuttavia, presentano commutatori, strutture complesse, costi elevati e problemi di manutenzione, che li rendono inadatti ad ambienti difficili. A partire dagli anni '70, i progressi nell'elettronica di potenza hanno fatto maturare la tecnologia di regolazione della velocità dei motori CA, riducendo i costi delle apparecchiature e consentendone un'adozione diffusa. La potenza nominale di un motore si riferisce alla potenza meccanica massima che può sostenere in cicli di lavoro specificati (funzionamento continuo, di breve durata-o periodico intermittente) senza surriscaldamento e i parametri operativi devono rispettare le specifiche sulla targa. Durante il funzionamento, è essenziale abbinare le caratteristiche del carico con le prestazioni del motore per evitare fuorigiri o stalli. I motori elettrici coprono un'ampia gamma di potenze, dai milliwatt ai megawatt. Il loro funzionamento e controllo sono estremamente pratici e sono dotati di funzionalità di auto-avviamento, accelerazione, frenata, inversione e mantenimento. In genere, la potenza in uscita del motore varia con la velocità di rotazione durante la regolazione della velocità.

I motori ad alta- efficienza possono sostituire i motori della serie JO2 con i motori asincroni CA della serie Y senza essere vincolati in modo significativo dai tipi di motore. Pertanto, tutte le applicazioni che coinvolgono motori asincroni CA possono essere sostituite con motori della serie Y. Il potenziale di mercato dei motori della serie Yx è limitato dalla loro capacità. In linea di principio, i motori asincroni CA inferiori a 90 kW possono essere sostituiti da motori della serie Yx ad alta-efficienza. La capacità installata di motori asincroni AC inferiori a 90 kW rappresenta circa il 30% della capacità totale dei motori asincroni AC.

Negli ultimi dieci anni, il governo cinese si è impegnato a promuovere la tecnologia di regolazione della velocità dei motori, che è stata adottata a vari livelli in vari settori. Secondo indagini campionarie condotte da settori quali petrolio, energia, materiali da costruzione, acciaio, metalli non ferrosi, carbone, prodotti chimici, fabbricazione della carta e tessile, l’industria petrolifera, dei materiali da costruzione e quella chimica hanno ottenuto applicazioni relativamente migliori della regolazione della velocità del motore. Dei 400 milioni di kW di carichi motore, circa il 50% è soggetto a fluttuazioni di carico, il 30% delle quali è risolvibile attraverso la regolazione della velocità del motore. Pertanto, considerando la sola capacità del mercato, esiste un mercato potenziale per circa 60 milioni di kW di motori a velocità variabile. La capacità installata totale di vari motori in Cina ha superato i 400 milioni di kW, di cui i motori asincroni rappresentano circa il 90%, i motori di piccole e medie-dimensioni rappresentano circa l'80% e i motori che azionano ventilatori, pompe, compressori e macchinari simili per un totale di circa 130 milioni di kW. I motori di piccole e medie-dimensioni comprendono ora oltre 152 serie, 842 tipi e oltre 4.000 specifiche. Negli ultimi anni, dipartimenti competenti come l'industria dei macchinari hanno promosso vigorosamente gli sforzi di risparmio energetico dei motori, organizzando istituti di ricerca e imprese per progettare e sviluppare vari motori a risparmio energetico. Sono state emanate misure normative per eliminare gradualmente 63 modelli di motori ad alto-consumo energetico-e promuovere 24 modelli di motori-a risparmio energetico, ottenendo determinati risultati. Questi prodotti a risparmio energetico-si dividono principalmente in due categorie: una riguarda i motori ad alta-efficienza progettati per migliorare l'efficienza del motore, mentre l'altra riguarda i motori-a velocità regolata.

Il motore DC brushless è costituito dal corpo motore e dall'unità di azionamento, rendendolo un tipico prodotto elettromeccanico integrato. Gli avvolgimenti dello statore del motore sono per lo più collegati in una configurazione a stella simmetrica trifase, che è molto simile a quella di un motore asincrono trifase. Il rotore del motore è dotato di magneti permanentemente magnetizzati. Per rilevare la polarità del rotore del motore, all'interno del motore è installato un sensore di posizione. L'unità di azionamento è composta, tra gli altri, da dispositivi elettronici di potenza e circuiti integrati e le sue funzioni includono: ricevere segnali di avvio, arresto e freno dal motore per controllarne il funzionamento; accettare segnali dai sensori di posizione e segnali avanti/indietro per regolare la commutazione dei tubi di potenza nel ponte inverter, generando così una coppia continua; ricevere comandi di velocità e segnali di feedback per controllare e regolare la velocità di rotazione; e fornire funzioni di protezione e visualizzazione, tra le altre.

Poiché i motori CC senza spazzole funzionano in modalità auto-controllata, non richiedono avvolgimenti di avviamento aggiuntivi sul rotore come i motori sincroni con regolazione della velocità a frequenza variabile, né presentano oscillazioni o gradini durante i cambiamenti di carico. Per i motori CC brushless di media e piccola capacità-, i magneti permanenti sono generalmente realizzati con materiali ad alta-magnetica-energia rara-terre neodimio ferro boro (Nd-Fe-B). Di conseguenza, i-motori brushless a magneti permanenti a terre rare hanno una dimensione del telaio inferiore rispetto ai motori asincroni tri-fase della stessa capacità. Negli ultimi tre decenni, la ricerca sulla regolazione della velocità a frequenza variabile per i motori asincroni si è concentrata essenzialmente sulla ricerca di modi per controllarne la coppia. I motori CC senza spazzole a magneti permanenti-di terre rare dimostreranno senza dubbio vantaggi nella regolazione della velocità grazie all'ampio intervallo di velocità, alle dimensioni compatte, all'elevata efficienza e al minimo errore di velocità-a stato stazionario. I motori CC senza spazzole, che ereditano le caratteristiche dei motori CC con spazzole e funzionano anche come dispositivi di conversione di frequenza, sono noti anche come convertitori di frequenza CC, con il termine riconosciuto a livello internazionale BLDC. In termini di efficienza operativa, coppia a bassa-velocità e precisione della velocità, i motori CC senza spazzole superano qualsiasi convertitore di frequenza con tecnologia di controllo, rendendoli degni dell'attenzione del settore. Il prodotto è già stato realizzato con capacità superiori a 55 kW e può essere progettato fino a 400 kW, rispondendo alle esigenze industriali di risparmio energetico e soluzioni di azionamento ad alte-prestazioni.