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Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

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[1] Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteDanielino » 30 mar 2020, 12:27

Ciao a tutti.
Per una nuova applicazione, sto iniziando a fare il punto per raccogliere i dati a supporto della tesi di risparmio energetico, in via della sostituzione di un motore asincrono trifase IE3, in favore di un altro di diversa tipologia (motore a riluttanza senza magneti).
Ho trovato diverse schede tecniche ed elaborati grafici con l'indicazione dei valori percentuali di saving, ma vorrei approfondire meglio anche in funzione dei diversi profili di carico che il motore potrà assumere.
Il motore in questione, attualmente installato, ha una potenza nominale di 45kW, 4 poli.

Qualcuno ha voglia di fare due chiacchiere di condivisione?
Grazie mille, ciao.
[Studiamoci il problema, non peggioriamo la situazione tirando ad indovinare.]
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[2] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto Utentemario_maggi » 30 mar 2020, 22:30

Ciao Danielino.
Di motori "a riluttanza" ce ne sono di molte tipologie, occhio a scegliere quella giusta.
Prima di tutto spiega l'applicazione e le sue esigenze in termini di prestazioni.
Sconsiglio di partire dal valore di potenza del motore attuale, talvolta il dimensionamento viene fatto ad occhio.
Ciao
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[3] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteDanielino » 31 mar 2020, 10:43

Ciao Foto Utentemario_maggi.
Grazie per la risposta.

L'applicazione, nello specifico, si tratta di un ventilatore per torre evaporativa di raffreddamento.
L'attuale installazione prevede un motore IE3 45kW posto esternamente alla cella, un albero inox in uscita verso un riduttore ad assi ortogonali ed un ventilatore.
Con l'intento di effettuare un miglioramento dell'applicazione, sia a livello di materiali utilizzati che garantiscano una migliore tenuta ai fenomeni atmosferici, sia a livello di efficienza della cella evaporativa, ci è stato proposto di passare alla tecnologia di motore 3F a riluzzanza senza magneti che, a quanto detto, ci potrà garantire un risparmio energetico ed un risparmio in termini di vita utile del motore stesso, così come dei cuscinetti per via delle minori temperature che verranno raggiunte durante il funzionamento.

Chiaramente non si tratta di un'applicazione a carico costante, ma i profili di carico sono molto variabili durante l'arco dell'anno, influenzati molto dalle temperature esterne e dal carico evaporativo presente.
Questo mi rende difficile poter fare un calcolo puntuale dell'energia/anno.
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[4] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto Utentemario_maggi » 31 mar 2020, 11:30

Danielino,
vuoi modificare un solo sistema su un impianto esistente, oppure vuoi studiare una soluzione da produrre in serie?
Nel primo caso ci arrangia al meglio, nel secondo si possono prendere in considerazione anche soluzioni più innovative, per esempio:
- eliminazione del riduttore a ingranaggi, se lo spazio lo consente
- uso di motore ad alta efficienza, anche con magneti sul rotore

migliore tenuta ai fenomeni atmosferici

Me lo spieghi meglio, grazie?

Immagino che il motore attuale sia comandato da inverter, confermi?
Nelle immediate vicinanze ci sono altri sistemi simili? Nel caso, lavorano con gli stessi cicli o sono sfalsati tra di loro?

Ciao
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[5] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteDanielino » 31 mar 2020, 13:40

mario_maggi ha scritto:vuoi modificare un solo sistema su un impianto esistente, oppure vuoi studiare una soluzione da produrre in serie?

Le celle di evaporazione sono in totale n°5, disposte una accanto all'altra. L'obiettivo ideale sarebbe quello di effettuare l'attività su tutte, anche per ottimizzare i ricambi codificati in magazzino e unificare le attività di manutenzione preventiva.
Chiaro però che questo è l'obiettivo ideale e finale .. che chiaramente potrà essere concluso in diversi step.

mario_maggi ha scritto:migliore tenuta ai fenomeni atmosferici. Me lo spieghi meglio, grazie?

I motori, essendo in ambiente esterno, sono quotidianamente esposti agli eventi atmosferici, dalla pioggia, alla grandine fino caldo sole estivo. Per di più, per l'applicazione specifica, sono soggetti a un alto tasso di umidità. L'obiettivo è indirizzarsi su applicazioni meglio concepite per questo utilizzo (cicli di verniciatura C5 anzichè C4, idonei materiali delle tenute, idonei cuscinetti, ...).

mario_maggi ha scritto:Immagino che il motore attuale sia comandato da inverter, confermi?

Si e no; 3 celle su 5 sono comandate da inverter. Nell'utilizzo quotidiano sono quelle che vengono regolate con un set-point di temperatura. Le altre due celle vengono avviate tramite soft-starter, quindi con funzionamento al 100%.

In condizioni invernali, la condizione è:
1) una cella al 100% (avviata con soft-starter)
2) una cella in regolazione di temperatura (provvista di inverter)

In condizioni estive, la condizione è:
1) due celle al 100% (avviate con soft-starter)
2) una cella impostata manualmente al 100% (avviata con inverter)
3) una cella in regolazione di temperatura (avviata con inverter)

mario_maggi ha scritto:Nelle immediate vicinanze ci sono altri sistemi simili? Nel caso, lavorano con gli stessi cicli o sono sfalsati tra di loro?

la risposta credo si capisca dalle precedenti. Purtroppo i cicli di lavoro sono molto variabili e influenzati in gran parte dalla stagione e in buona parte dalle condizioni di produzione dell'impianto.

----

Gli obiettivi finali sono i seguenti:
1) Migliorare le performance della cella evaporativa; questa condizione è strettamente legata al ventilatore (intendo il solo gruppo pale) e alla sua geometria.
2) Migliorare le performance delle componentistiche in termini di affidabilità, per garantire continuità e ridurre al minimo le manutenzioni correttive.
3) Migliorare l'efficienza energetica, riducendo i consumi elettrici.
4) Efficientare la gestione del magazzino ricambi, in funzione del punto 2.

So di essere stato un po' prolisso .. :roll:
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[6] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto Utentemario_maggi » 31 mar 2020, 16:20

Danielino,
un buon inverter attuale può permettere di far funzionare un motore ad un livello di efficienza migliore di quello dello stesso motore collegato direttamente alla rete.
Questa affermazione è dubitativa in quanto in certe condizioni il motore collegato direttamente alla rete (con bypass al soft starter) può essere più efficiente, in altre condizioni è più efficiente il sistema inverter + motore anche quando funziona a 50 Hz.
Con 5 unità vicine, se ci fossero molte variazioni di velocità per seguire il processo, forse si potrebbe recuperare un altro 1% di efficienza collegando insieme tutti i DC bus.
Se io fossi il decisore, sceglierei di aggiungere due inverter al posto dei due soft starter, e curerei il livello di lubrificazione del riduttore che probabilmente può essere migliorato con qualche superlubrificante.
Non sostituirei i motori, sono già abbastanza buoni, semmai farei eseguire un trattamento per aumentare la loro resistenza agli agenti ambientali.
Se invece si volesse considerare la sostituzione, prenderei in considerazione anche gli IPM o i PMASR (progetto del Prof.Vagati del Politecnico di Torino).
Ciao
Mario
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[7] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteDanielino » 31 mar 2020, 16:38

Grazie per le informazioni.
Guardo i dati che mi hai suggerito sugli IPM e PMASR.
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[8] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 1 apr 2020, 21:38

C'è uno studio, fatto da Baldor (ora ABB) sull'applicazione torre di evaporazione. Hanno usato un motore SM-PMSM (Surface Mount -Permanent Magnet Synchronous Motor, quindi dello stesso tipo dei cosiddetti "brushless" usati come servo) in direct-drive, che ha praticamente l'ingombro del riduttore che c'era prima (penso sia quello a cui accennava Mario). Ci sono vari documenti e pagine web che ne parlano, ad esempio:
https://ieeexplore.ieee.org/document/6294012
https://www.baldor.com/cooling-tower-motors

Al di là del tipo di motore, penso che la riflessione sulla strategia di gestione delle torri debba essere ben approfondita. Se ho capito bene quello che viene fatto adesso, far girare due torri in ON/OFF e modulare quelle con inverter per l'eccesso non mi sembra una scelta ottimale, a meno di essere certi che le due con soft-starter non siano sempre accese (e anche in quel caso, come diceva Mario, è probabile che consumino di meno quelli sotto inverter, se ben impostati).

Aggiungo qualche informazione sui motori IPMSM e PMASR, di cui ti parla Mario (cose che sa anche lui, peraltro).
IPM e PMASR li considero la stessa classe di macchine, perché la differenza è labile e sta nella "quantità" di magnete, cioè per alcuni gli "Interior Permanent Magnet Synchronous Motors" (IPMSM, o IPM per gli amici) con "poco" magnete sono dei "Permanet Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Motor". Questione di punti di vista, anche se c'è un "confine" oltre il quale qualche differenza effettivamente c'è...
La cosa buona è che il modello può essere mantenuto unificato, quindi li si può studiare nello stesso modo.

Sono motori noti ed utilizzti da alcuni decenni (almeno dagli anni '90), in applicazioni specifiche. E' molto più difficile trovarli "a catologo", purtroppo (aggiungo "purtroppo" perché sono quelli che hanno il miglior potenziale di efficienza/densità di potenza). Quasi tutte le auto ibride ed elettriche degli ultimi 10 anni usano questo tipo di motori.
Come diceva Mario, il prof. Vagati ed il suo gruppo hanno contribuito in modo sostanziale su molte questioni legate agli IPM e PMASR, ma comunque la letteratura su questi motori è sconfinata (credo che siamo nell'ordine di migliaia di articoli scientifici, tra progettazione della macchina, controllo, diagnostica,...).

Purtroppo, ogni tanto, qualcuno fa finta di averli appena inventati. Qualcosa di simile è successo coi motori a riluttanza, qualche anno fa: ABB ha pubblicizzato i riluttanza con carcassa standard come una novità assoluta, quando l'italiana REEL li produceva da 10 anni circa, e la stessa ABB vendeva sincroni a riluttanza come motori servo a fine anni '90...

Sarò di parte (avendoci lavorato, per il controllo), ma è un peccato che questi motori (IPM/PMASR e SynRM) non si siano diffusi nell'automazione industriale (ad esempio, trovare un IPM da acquistare è un'impresa). Avranno qualche svantaggio (primo fra tutti, hanno bisogno di un inverter, e di un controllo fatto bene), ma hanno anche parecchi vantaggi. Probabilmente diventeranno comuni con l'obbligatorietà dell'IE4.
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[9] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteDanielino » 2 apr 2020, 12:32

Grazie mille Foto UtenteSandroCalligaro per le informazioni che hai condiviso.
Ho guardato i link ed effettivamente, per casualità, nell'esempio di retrofit che viene proposto la "condizione attuale" è esattamente identica alla nostra.
Mi studio per bene la documentazione insieme a quella condivisa da Foto Utentemario_maggi.
L'unico dubbio che mi resta è su come riuscire a garantire la non infiltrazione d'acqua all'interno dei cuscinetti dell'albero, essendo posizionato a "testa in su"; purtroppo questo è un punto che su un'altra applicazione non siamo mai riusciti a debellare completamente; sono sicuro però che essendo un prodotto studiato per questa specifica applicazione, abbia tutti gli accorgimenti del caso.

Grazie ancora! Davvero utilissimi! :ok:
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[10] Re: Motore asincrono trifase VS motore a riluttanza

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 2 apr 2020, 12:52

Danielino ha scritto:Ho guardato i link ed effettivamente, per casualità, nell'esempio di retrofit che viene proposto la "condizione attuale" è esattamente identica alla nostra.
Credo che non sia un caso: immagino che fosse una configurazione molto comune.

Quel tipo di motore, oltre ad evitare il riduttore e la trasmissione ad angolo, è senza carcassa: i lamierini di statore sono alettati. In altri documenti si trovano i disegni delle tranciature. Non è una cosa nuova (alcuni motori DC e PMSM servo sono fatti così da tanti anni), ma non ho mai capito bene perché non venga adottata comunemente (forse per il costo del materiale ferromagnetico dei lamierini, rispetto a quello usato in una carcassa comune).

Se non ricordo male (quasi sicuramente era scritto nell'articolo su IEEE), per ridurre la possibilità di condensa mantenevano caldo il motore con una corrente bassa, quando non in uso. E' una cosa che si può fare facilmente con l'inverter, anzi, solitamente su un SM-PMSM controllato in sensorless, per l'avviamento oppure per il funzionamento a velocità nulla/molto bassa occorre proprio imporre corrente "di campo" (asse d, se hai dimestichezza col controllo vettoriale) costante, che non produce coppia.
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