Che cos'è un motore a riluttanza commutata?
Principio di funzionamento
Un motore a riluttanza commutata (SRM) ha poli salienti sia sullo statore sia sul rotore. Lo statore porta semplici bobine concentrate; il rotore è solo acciaio impilato, senza magneti, senza gabbia e senza avvolgimenti. Quando una fase dello statore viene eccitata, i poli del rotore più vicini sono attirati ad allinearsi con essa per accorciare il percorso magnetico, e quell'attrazione è la coppia. Poi le fasi vengono eccitate una dopo l'altra e il rotore continua a inseguire la coppia di poli attiva.
Coppia e induttanza
La coppia di una fase è T = ½·i²·dL/dθ. È positiva mentre l'induttanza della fase cresce, quando un polo del rotore si avvicina a quello dello statore, e negativa mentre cala. Poiché la corrente è al quadrato, il verso della coppia non dipende da quello della corrente, e ogni fase richiede solo corrente unipolare. Per questo il convertitore può essere un semiponte asimmetrico con due interruttori e due diodi per fase, che non può mai mettere in corto il bus CC.
Angoli di accensione e spegnimento
Il convertitore applica +V a una fase dall'angolo di accensione a quello di spegnimento, poi −V finché la corrente non torna a zero. A bassa velocità la corrente sale in fretta e viene spezzettata per mantenere un riferimento. Ad alta velocità c'è poco tempo, la corrente non raggiunge il riferimento e resta un impulso singolo, quindi la coppia cala circa con il quadrato della velocità. Uno spegnimento tardivo lascia corrente dove l'induttanza diminuisce e frena il rotore.
Ondulazione di coppia e applicazioni
La coppia arriva a impulsi, uno per passo, quindi l'ondulazione è grande, come vibrazioni e rumore acustico. Una macchina 8/6 a quattro fasi sovrappone i passi e gira più dolcemente di una 6/4 a tre. In cambio il rotore è economico e robusto, regge temperature e velocità molto alte, e il guasto di una fase non ferma la macchina. Gli SRM si usano in aspirapolvere, macchine tessili, avviatori-generatori aeronautici e trazione.
Domande frequenti
- Perché un motore a riluttanza commutata non ha bisogno di magneti?
- Il rotore è attirato verso qualunque polo dello statore eccitato perché il flusso magnetico segue il percorso di minima riluttanza, quindi non serve un campo sul rotore. La coppia segue ½·i²·dL/dθ e non dipende dal segno della corrente. Nel simulatore il grafico del ciclo mostra la coppia solo mentre l'induttanza cresce.
- Perché l'ondulazione di coppia di un SRM è così grande?
- Ogni fase dà un impulso di coppia solo in una parte del passo polare del rotore, e l'impulso segue la corrente mentre sale e decade. Se gli impulsi delle fasi vicine si sovrappongono male, la coppia totale cala tra l'uno e l'altro. Passa da 6/4 a 8/6 e confronta la curva di coppia: l'ondulazione scende perché più fasi si dividono ogni passo.
- Cosa succede se la fase viene spenta troppo tardi?
- La corrente non può calare all'istante: decade sotto −V mentre i poli si avvicinano all'allineamento. Se scorre ancora dopo l'allineamento, l'induttanza sta calando e la stessa corrente produce coppia negativa che frena il rotore e spreca energia. Sposta l'angolo di spegnimento verso 0° e oltre, e osserva la quota di coppia negativa e il rendimento.