La necessità di migliorare l’efficienza dei consumi energetici è un punto chiave di uno sviluppo economico sostenibile. Questo punto di vista è condiviso anche dalla UE che ha emanato la direttiva Ecodesing che indirizza verso lo sviluppo di sistemi più efficienti. I motori asincroni rappresentano nel paniere dei consumi elettrici la voce più rilevante della parte inerente la conversione elettromeccanica dell’energia e sono quindi elementi chiave di questo processo di miglioramento. Lo sviluppo di motori a più alta efficienza si scontra con la necessità di mantenere costi di produzione contenuti per oggetti che vengono normalmente prodotti in decine di migliaia di pezzi, e per i quali il costo delle materie prime rappresenta un punto significativo. In particolare il progetto riguarda lo sviluppo e l’ottimizzazione del circuito magnetico della macchina elettrica.
Andamento dell’induzione magnetica da simulazione agli elementi finiti (cortesia di Raw Power srl)
Il progetto sviluppato ha portato alla realizzazione di una serie di motori asincroni per applicazioni industriali e domestiche, in classe di efficienza IE3 (normativa di riferimento CEI-EN 60034-30-1) utilizzando lamierini tranciati di tipo commerciale
Il progetto del motore elettrico deve essere particolarmente accurato per rispondere alle esigenze di prestazioni ma mantenendo dei costi di produzione accettabili. Uno degli strumenti più raffinati per il dimensionamento è quello dell’utilizzo di strumenti di calcolo agli elementi finiti, che richiede però tempi di soluzione piuttosto lunghi. In questo progetto sono stati messi a punto algoritmi di calcolo di tipo analitico (molto veloci nella loro esecuzione) che si appoggiano a loro volta su strumenti di analisi agli elementi finiti per la sola determinazione delle grandezze più sensibili
Le applicazioni di questa tipologia di motori vanno dalla ventilazione e pompaggio, ad applicazioni di automazione industriale ed uso civile. In generale la crescente attenzione per le problematiche legate al risparmio energetico ha spinto l’UE ad emanare una direttiva che di fatto impone motori ad alta efficienza per tutte le applicazioni a maggior consumo energetico
Stima dell’andamento della resistenza rotorica da simulazione agli elementi finiti
Motore 4 poli di 3 kW di potenza per applicazioni di ventilazione e pompaggio
La metodologia sviluppata combina il progetto analitico della macchina asincrona con un solutore FEM bidimensionale. Il processo di ottimizzazione analitico è molto rapido e consente di fare centinaia di iterazioni in tempi molto contenuti. Una volta che il progetto di massima è stato identificato attraverso il dimensionamento analitico, il solutore agli elementi finiti viene richiamata dall’algoritmo per la verifica dei parametri di macchina più importanti (induttanza di magnetizzazione, resistenza rotorica, induttanze disperse). La metodologia qui presentata è stata applicata per il progetto di un motore 4 poli di 3 kW di potenza per applicazioni di ventilazione e pompaggio. Partendo da tranciati di tipo commerciale, il progetto è stato migliorato per trovare il miglior equilibrio tra i diversi contributi di perdita del motore elettrico. Il motore è stato simulato al calcolatore riproducendo le condizioni di test a banco su prototipo reale dell’azienda. Sono stati progettati e realizzati diversi prototipi di motori asincroni ad alta efficienza, il test a banco dei motori ha confermata la validità della metodologia progettuale in quanto tutti i motori sono risultati conformi alle specifiche di rendimento richieste.
Nicolini &C.
Si ritiene che questa metodologia progettuale e le competenze acquisite possano essere di grande interesse per diverse aziende del territorio regionale e più in generale del tessuto industriale del nord Italia, vista l’alta concentrazione di aziende di produzione ed utilizzazione dei motori asincroni
Andamento delle linee di flusso magnetico ricavato da simulazione agli elementi finiti