Motori a riluttanza: sempre più efficienza energetica

Grazie alla stretta collaborazione con Siemens, Kaeser ha già da tempo avviato una forte innovazione nel sistema di azionamento di compressori e soffianti, introducendo i motori sincroni a riluttanza (SynRM).

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Questa rivoluzione ha permesso di incrementare notevolmente efficienza e rendimento, soprattutto nel funzionamento a carico parziale in cui questa tipologia di motori si distingue per perdite decisamente inferiori rispetto a quelli asincroni.

Grazie alle vantaggiose caratteristiche nel funzionamento a carico parziale, i motori SynRM sono stati progressivamente introdotti nel processo di innovazione e rinnovamento del design delle linee SFC dei compressori a vite lubrificati (ASD, BSD, CSD, CSDX), dei compressori a vite oilfree (CSG) e delle soffianti a vite (CBS, DBS, EBS, FBS, GBS).

Ma cosa rende diversi questi motori? Se lo statore è simile a quello di un motore elettrico asincrono (avvolgimenti trifase alimentati con tensione alternata sinusoidale), il rotore presenta una specifica conformazione che sfrutta il fenomeno della riluttanza nei materiali ferromagnetici per generare coppia motrice.

Riluttanza magnetica

Analogamente al concetto di resistenza in un circuito elettrico, la riluttanza magnetica si può definire come una misura dell’opposizione di un materiale al flusso di un campo magnetico che lo attraversa: essa è minima per i materiali ferromagnetici, mentre è massima, ad esempio, per l’aria.

Inoltre, grazie alla loro struttura microscopica, i materiali ferromagnetici presentano una particolare proprietà: essi si magnetizzano in presenza di un campo magnetico esterno, un fenomeno chiamato isteresi magnetica.

Configurazione del rotore e generazione della coppia motrice

Il design del motore si compone di lamierini disposti in una particolare geometria, per formare un’alternanza di materiale ferromagnetico e materiale non ferromagnetico.

Quando gli avvolgimenti dello statore vengono alimentati dalla corrente elettrica si genera un campo magnetico rotante (RMF) che induce gli elementi ferromagnetici del rotore a polarizzarsi. Il rotore, polarizzato, comincia a ruotare per mantenere continuamente la sincronia con il campo magnetico rotante dello statore.

Il rotore, infatti, è progettato per produrre la più piccola riluttanza magnetica nella direzione tangenziale ai lamierini e contemporaneamente la più alta riluttanza nella direzione perpendicolare, proprio grazie alla presenza delle cavità che si oppongono al passaggio del flusso magnetico. L’interazione tra bassa riluttanza ed alta riluttanza magnetica genera una coppia motrice che mette in rotazione il rotore.

Il sistema di controllo elettronico dell’inverter è cruciale in questa tipologia di motori, poiché la polarizzazione del rotore non è immediata. Infatti, se l’RMF ruotasse alla massima velocità già all’avvio del motore, il rotore non avrebbe il tempo di allinearsi con il campo magnetico rotante dello statore. Inoltre, l’inverter misura costantemente il posizionamento reciproco tra campo magnetico rotante e polarizzazione del rotore, in modo da mantenere il sincronismo tra i due.

SynRM: struttura interna del rotore

Vantaggi e peculiarità dei motori SynRM

• Altissima efficienza soprattutto a carico motore parzializzato, con riduzione delle perdite di efficienza di più del 15% rispetto ai motori asincroni classe IE4
• Maggior reattività
• Riduzione delle temperature di esercizio grazie all’assenza di avvolgimenti sul rotore, aumentando dunque la vita utile dei componenti e riducendo la necessità di manutenzione
• Maggiore sostenibilità ambientale, poiché non vengono impiegati rame o terre rare contenute nei magneti permanenti

Maggior efficienza energetica soprattutto nei carichi parziali

IES2: massima efficienza energetica di sistema