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Applicazione degli azionamenti MP nei veicoli a trazione elettrica

Informazioni tesi

  Autore: Emanuele Fossati
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2007-08
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria elettrica
  Relatore: Morris Brenna
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 122

I progressivi miglioramenti nelle caratteristiche dei materiali magnetici ad alta energia e lo sviluppo dell’elettronica di potenza hanno esteso il campo di utilizzo degli azionamenti elettrici a magneti permanenti. Questi trovano impiego in applicazioni quali robotica, generazione, macchine utensili, condizionamento d’aria e in tempi recenti anche nella trazione, sia essa su gomma, su rotaia o navale. Come in tutti i settori della tecnica dove le potenze e i costi in gioco sono alti, anche quello della trazione è restio a introdurre soluzioni innovative se queste non promettono un’immediata convenienza e affidabilità.
D’altro canto è crescente l’interesse delle istituzioni e della collettività affinché i mezzi di trasporto abbiano un minor impatto ambientale, senza comunque scendere a compromessi per quanto riguarda il comfort e le prestazioni.
Rispetto alle altre macchine elettriche quelle a magneti permanenti hanno maggiori densità di potenza, sono più efficienti, operano con alti fattori di potenza e sono completamente brushless. Nella loro configurazione ibrida questi motori raggiungono velocità molto maggiori rispetto alla nominale e sfruttano attivamente il contributo della coppia di anisotropia. Vengono meno in tal modo anche le preoccupazioni circa la salvaguardia dei magneti in un ambiente di per sé critico, come è quello a cui sono usualmente sottoposti gli azionamenti di trazione.
Nel presente lavoro saranno esposte tali caratteristiche e altri problemi da considerare qualora gli azionamenti a magneti permanenti siano usati nella trazione di veicoli elettrici o ibridi.
Nella prima parte sarà illustrato lo stato dell’arte di questi azionamenti e si descriveranno le opportune metodologie di controllo della velocità. Si farà quindi riferimento agli accorgimenti adottati per aumentare il livello di affidabilità e diminuire il rischio di guasti. Saranno ricavate le equazioni della macchina sincrona a magneti interni nel sistema di riferimento rotante che consentiranno, nella parte finale, di implementare il modello Simulink di un azionamento di trazione. L’obiettivo delle simulazioni sarà di analizzare la validità del modello proposto e il comportamento dinamico di questa categoria di azionamenti durante alcune condizioni di esercizio tipiche.

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4 CAPITOLO PRIMO IMPIEGO DEI MAGNETI PERMANENTI La scelta di un magnete permanente è un’operazione complicata; ci sono molti fattori da considerare, più o meno semplici per la buona riuscita di un progetto. Non bisogna quindi sorprendersi se spesso, trascurando questi fattori, si verificano spiacevoli inconvenienti nel passaggio dalla fase di progetto alla realizzazione vera e propria di un prodotto. In questo capitolo si cercheranno di mettere in evidenza gli aspetti generali da considerare qualora si vogliano impiegare i magneti permanenti. I materiali magnetici duri attualmente più diffusi sono: AlNiCo – sono leghe composte di alluminio, nichel e cobalto. Fin dalla loro scoperta il prodotto di energia è andato via via aumentando, specialmente con l’introduzione della sua forma anisotropa. Le caratteristiche principali sono un’elevata densità di flusso, superiore al tesla, un’ottima stabilità termica e costi di fabbricazione ridotti. Tuttavia presentano un’estrema durezza e fragilità e una bassa forza coercitiva che ne stanno sempre più limitando l’utilizzo in applicazioni dove sono richieste alte induzioni residue e costi molto contenuti, mentre si ripiega su altri materiali per prodotti di maggiore qualità. Ferriti - si distinguono dagli altri materiali perché ceramici e non metallici, ma non per questo rappresentano i più elevati prodotti di energia disponibili. Le induzioni residue sono basse e inoltre sono fragili e difficili da lavorare. Hanno comunque avuto un elevato successo, che le ha portate a coprire oltre la metà del mercato mondiale dei magneti, grazie agli elevati valori di coercività e ai costi minimi. La caratteristica di demagnetizzazione è pressoché lineare e ciò ne agevola l’impiego nelle macchine elettriche e in molte altre applicazioni. Per limitare la tendenza alla smagnetizzazione alle basse temperature, cosa poco gradita nel settore automobilistico, e migliorare al contempo le proprietà magnetiche delle ferriti, alcuni produttori aggiungono elementi quali cobalto e lantanio, o un composto dei due, alle polveri base. Magneti in terre rare SmCo – sono ottenuti dalla combinazione di samario e cobalto e la loro scoperta negli anni ‘60 del secolo scorso permise di combinare i vantaggi dei magneti in AlNiCo e in ferrite: un’elevata induzione residua e coercività. Inoltre hanno una notevole stabilità termica. A causa della natura strategica del

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