In questo capitolo viene preso in considerazione un motore costituito da due avvolgimenti trifasi indipendenti, i quali possono essere alimentati con due inverter trifase separati fig. 3.13. Con le lettere A,B,C sono indicate le fasi del primo avvolgimento trifase e con le lettere A’,B’, C’ le fasi del secondo avvolgimento trifase. In presenza di un guasto uno dei due avvolgimenti viene disconnesso e il motore continua ad operare con l’avvolgimento trifase sano fornendo al carico una potenza ridotta. Questa soluzione permette di avere anche una ridondanza dal punto di vista degli inverter, infatti se se ne guasta uno la macchina può continuare a funzionare. Altre tipi di alimentazioni possibili di un motore a 6 fasi possono essere tramite un 6 leg- inverter oppure tramite 6 inverter a ponte intero (H-bridges).
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3.2.1 Prototipo di motore a 6 fasi
Si tratta di un motore a 12 cave e 10 poli[17] a magneti permanenti superficiali(SPM) con rotore interno caratterizzato da avvolgimenti a cave frazionarie senza sovrapposizione degli avvolgimenti alle testate(FSCW). Le principali caratteristiche dello statore sono riportate in tab.3.7 e la geometria di rotore in fig. 3.14. La struttura di statore può essere a doppio strato(DL) e a singolo strato(SL). Il passaggio da doppio strato a singolo strato fig.3.15 avviene disconnettendo le bobine a cui viene associato il numero di cava pari[6], e questo permette di avere una separazione fisica tra le fasi.
Tabella 3.7 Caratteristiche statore
Figura 3.14 Rotore a PM superficiali
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La disposizione dei due avvolgimenti trifase lungo lo statore può assumere diverse configurazioni vedi fig. 3.16,3.17dove viene riportato solo uno dei due avvolgimenti trifase.
Figura 3.16 - esempio di 3 possibili configurazioni a doppio strato dopo aver rimosso uno dei due avvolgimenti trifase
Figura 3.17 - possibili configurazioni a singolo strato in condizioni ordinarie e di guasto(ovvero quando viene disconnesso uno dei due avvolgimenti trifase)
I due avvolgimenti possono essere alimentati con le correnti in fase come mostrato in fig. 3.18a. Questo significa che la stessa corrente alimenta la fase A e A’ e in maniera analoga per le fasi B e B’ e per le fasi C e C’. Alternativamente possono essere alimentati con le correnti fuori fase di 30 gradi elettrici fig. 3.18b. Tuttavia non tutte le configurazioni permettono quest’ultima strategia, perché sono richieste sei differenti posizioni delle bobine[17]. Quindi solo nella configurazione DL-3 può essere utilizzata.
Figura 3.18 - Disposizioni dei vettori delle correnti di fase dei due avvolgimenti: a) correnti in fase b)correnti fuori fase
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3.2.2 Performance in condizioni ordinarie e in condizioni di guasto
In condizioni ordinarie si prende in considerazione il caso in cui le correnti di fase siano sinusoidali[17] con una corrente di picco pari a =6.2A. I risultati ottenuti per le varie configurazioni sono riportati in tabella 3.8. Con l’alimentazione con sei correnti fuori fase si vede che la coppia media è leggermente più alta, e il ripple di coppia è minore. Questo è dovuto ad un più basso contenuto armonico della MMF e anche ad un fattore di avvolgimento maggiore. Lo sbilancio delle forze radiali in condizioni ordinarie è trascurabile per tutte le configurazioni. Quando il motore opera con uno dei due avvolgimenti trifase aperto, esso esibisce un valore di coppia che è all’incirca la metà e un ripple di coppia pari al doppio. Per quanto riguarda lo sbilancio di forze radiali il peggior caso è raggiunto nella configurazione DL-1, questo non è sorprendente visto che gli avvolgimenti sono disposti solo in una parte dello statore. Tuttavia anche una non trascurabile forza radiale è presente pure nella configurazione DL-2 e pure nella SL-1 e SL-2. Un basso sbilancio di forze radiali è raggiunta nella configurazione DL-3 dato che le bobine della stessa fase sono disposte in opposizione lungo lo statore così che da avere forze bilanciate. Una considerazione da tenere presente è il fatto che aumentando la periodicità della macchina lo sbilancio di forze radiali può essere ridotto.
Tabella 3.8 performance delle possibili configurazioni di un motore a SPM
Per quanto riguarda il mutuo accoppiamento la configurazione che esibisce il valore più alto è la DL-3 come diretta conseguenza della disposizione degli avvolgimenti.
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Cortocircuito
In questa sezione vengono analizzati due tipi di cortocircuito: Una sola fase in cortocircuito;
Cortocircuito trifase.
Il più basso valore di corrente di corto si verifica nella configurazione DL-1 visto che è quella che ha il più alto coefficiente di autoinduzione. Dai risultati riportati in tab.3.9 si vede che nella configurazione doppio strato con una fase in corto abbiamo una riduzione del 7-8% del valor medio di coppia, mentre nel caso trifase una riduzione del 20-30%. Per quanto riguarda la configurazione a singolo strato, con una fase in corto non ci sono riduzioni di coppia notevoli, mentre nel caso trifase una riduzione del 15%( i valori nella tabella per quanto riguarda la configurazione SL sono riportati con un numero di spire pari alla meta del DL). Per quanto riguarda il ripple di coppia vediamo che nella maggior parte delle configurazioni è maggiore quando c’è solo una fase in corto rispetto al caso di un cortocircuito trifase.
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4 Procedura di progettazione
In questo capitolo si entra nella fase di progettazione della macchina, dove avverrà il dimensionamento analitico della macchina, che rappresenterà la base di partenza che verrà completata da un analisi FEM.