Leveranciers met geverifieerde zakelijke licenties
Gecontroleerde Leverancier 
Hoogrendementsmotoren: Synchrone motoren met permanente magneet en synchrone motoren met tegenzin.
Volgens sommige studies zijn elektromotoren verantwoordelijk voor ongeveer 45% van het totale verbruik van elektrische energie [1]. Als we de analyse richten op één van de meest energie-etende ambits, de industriële, stijgt het percentage dat aan motoren kan worden toegekend tot ongeveer twee derde. Gezien het feit dat een aantal van de machines die momenteel in bedrijf zijn verouderd is, is het duidelijk dat de vervanging door nieuwe, efficiëntere motoren belangrijke voordelen zou opleveren voor het milieu en de exploitatie van hulpbronnen, evenals voor de productiekosten en vervolgens voor de concurrentiekracht. Ze schatten bijvoorbeeld dat het gebruik van geavanceerde aandrijftechnologieën in plaats van verouderde technologieën in het enige Europa een vermindering van het jaarlijkse verbruik met 135 TWh en de CO2 -uitstoot met 69 miljoen ton kan bepalen [2]. Als we de gehele levenscyclus van een motor in constante werking evalueren, kunnen we controleren of de uitgaven die verband houden met het energieverbruik veruit het grootste percentage van de totale kosten vertegenwoordigen (zelfs meer dan 90%, [3]).
Om deze redenen zijn er in de Europese Unie, evenals in de Verenigde Staten, in China en in andere landen wettelijke plannen van kracht die voorzien in de verplichte naleving van de geleidelijk toenemende efficiëntievereisten voor nieuwe installaties. Volgens de Minimum Energy Performance Standard (MEP's) moeten de motoren die sinds januari 2017 op de EU-markt zijn geïntroduceerd in het vermogensbereik van 0.75 tot 375 kW bijvoorbeeld IE3-rendementsniveau of IE2-efficiëntieniveau hebben als ze worden gevoed door een omvormer (zie afb. 1), met zeer weinig uitzonderingen.
Met de technologie die vandaag de dag het meest wordt gebruikt onder motoren, de asynchrone motor one (of Induction Motor, IM), zullen de verbeteringen die in de toekomst worden geëist niet mogelijk zijn, althans niet tegen redelijke kosten, en voor alle vermogensbereiken. Deze aspecten, gecombineerd met andere factoren zoals het groeiende bewustzijn van het belang van het verminderen van het energieverbruik, leiden tot de invoering van motoren die tot nu toe nauwelijks zijn verspreid, zoals Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM en Synchronous Readorance Motors, SynRM, [4][5]. Deze klasse motoren heeft in feite intrinsieke kenmerken die een opmerkelijke verbetering van de efficiëntie en de vermogensdichtheid mogelijk maken, met name zeer lage rotorverliezen.
Zelfs al waren ze al in de jaren tachtig "borstelloos" servomotoren (d.w.z. Surface MountPMSM, SMPMSM) zijn gebruikt in industriële automatisering, dankzij hun uitstekende beheersbaarheid en hoge dynamiek is de toepassing van elektrische synchrone machines met ongewikkelde rotor lange tijd beperkt gebleven tot specifieke toepassingen. De afgelopen jaren daarentegen verspreidt de toepassing van dit type motoren zich juist door de bovengenoemde factoren met betrekking tot de efficiëntie en de daling van de productiekosten van motoren en omvormers.
Classificatie van AC-motoren
Het grootste deel van de wisselstroommotoren is driefasig, zelfs als er enkele uitzonderingen zijn, zoals bij eenfasige en stappenmotoren (die doorgaans tweefasig zijn). Het belangrijkste onderscheid is over het algemeen tussen synchrone en asynchrone machines, verschil gebaseerd op het feit dat de mechanische rotatiesnelheid, in stabiele toestand, strikt (synchroon) is verbonden of niet met de rotatiefrequentie van het magnetische veld van de stator. Dit verschil wordt concreet weerspiegeld in het feit dat, om koppel te genereren in de asynchrone machine, de aanwezigheid van geïnduceerde stromen in de rotor noodzakelijk is, terwijl het niet nodig is (en, integendeel, ongewenst) in synchrone machines.
Synchrone machines worden gekenmerkt door het feit dat het magnetische rotorveld geometrisch is gebonden aan de mechanische positie van de rotor zelf. Het rotorveld kan worden gegenereerd door een stroom die door een wikkeling loopt (synchrone motoren met gewikkelde rotor), door permanente magneten (permanente magneet synchroon) of door de statorstroom zelf, gemoduleerd door de magnetische anisotropie van de rotor (synchrone weerstand).
Structureel worden zowel de rotor als de stator van radiale stromingsmachines (die verreweg de meerderheid zijn) vervaardigd door ferromagnetische laminaties op te stapelen die op opportuniteit worden blanked, oplossing die de parasietstromen moet belemmeren. De rotor is over het algemeen cilindrisch en kan worden uitgerust met ruimten voor permanente magneten of geleidend materiaal. In afb. 2 zijn geschematiseerd de secties van de verschillende typen motoren die zojuist zijn genoemd (met uitzondering van de synchrone met gewikkelde rotor). De donkerste gebieden (sleuven) komen overeen met wikkelingen, permanente magneten worden blauw aangegeven, terwijl de grijze zone van het gedeelte het ferromagnetische materiaal (laminering) vertegenwoordigt. Zoals u ziet, is het verschil tussen de verschillende motortypes geconcentreerd in de rotor, terwijl de stator (tenzij in bepaalde gevallen) op dezelfde manier kan worden geïmplementeerd. In de asynchrone motor worden de rotorsleuven gevuld door een fusie, die de zogenaamde "eekhoornkooi" vormt, die over het algemeen van aluminium of, onlangs, van koper (met hogere kosten, om verliezen te verminderen) is gemaakt. In motoren met permanente magneten kunnen magneten in plaats daarvan worden geïntroduceerd in apposite gravures in de rotorstructuur (IPMSM en line-start IPMSM) of worden aangebracht op het oppervlak in het geval van SMPMSM. In het geval van SynRM zijn de gravures in de rotor eenvoudigweg nietig en worden ze "stromingsbarrières" genoemd, omdat ze de functie van het vergroten van de terughoudendheid (d.w.z. het vermogen om de magnetische stroming te verleggen) langs bepaalde richtingen uitvoeren, waarbij ze andere in plaats daarvan begunstigen (d.w.z. de paden die meer worden gekenmerkt door de aanwezigheid van ijzer).
Op hun beurt kunnen synchrone motoren worden onderverdeeld volgens het principe van koppelproductie. Bij motoren met permanente magneet aan het oppervlak vindt de koppelproductie alleen plaats dankzij de interactie tussen het veld dat wordt gegenereerd door permanente magneten en de statorstroom. Omgekeerd wordt bij terughoudentiemotoren de systeemneiging benut om de terughoudendheid van magnetische paden te minimaliseren, indien deze worden blootgesteld aan excitatie. In interne magneetmotoren (IPMSM) worden beide principes over het algemeen gebruikt.
Bij de productie van permanente magneten worden speciale materialen gebruikt om hoge inductiewaarden te bereiken en het risico van demagnetisatie te voorkomen (meestal gekoppeld aan hoge temperaturen of een hoog magnetisch veld). De meest gebruikte materialen zijn neodymium-ijzer-boor, samarium-kobalt en aluminium-nikkel-kobalt. Vooral in het geval van SMPMSM is de hoeveelheid actief magnetisch materiaal hoog, met een sterk gewicht aan grondstoffen in de totale kosten. Deze toestand wordt verergerd door de sterke variabiliteit van de prijs van de zogenaamde "zeldzame aarde" [7], elementen die in kleine hoeveelheden worden gebruikt, maar zeer belangrijk voor de kwaliteit van de magneet. Naast kosten- en beschikbaarheidsproblemen doen deze materialen ook belangrijke milieukwesties, politieke en ethische kwesties rijzen met betrekking tot de winning, handel en verwijdering ervan. Om deze redenen worden er enorme middelen geïnvesteerd in het onderzoek en de ontwikkeling van verschillende materialen en vooral in het project van motoren die het gebruik van permanente magneten tot een minimum beperken, [8], of die het gebruik van de zogenaamde ferriten toestaan, d.w.z. keramische magnetische materialen die minder problematische materialen gebruiken.
Voeding via omvormer en regeling
Een negatief aspect van synchrone motoren is het gevolg van de onmogelijkheid om ze gewoon aan te drijven door ze aan te sluiten op het net (Direct online, DOL), omdat het zich in plaats daarvan voordoet voor asynchrone motoren. Voor de werking van synchrone of terughoudentiemotoren met permanente magneet is de aanwezigheid van een "aandrijving" dus noodzakelijk, d.w.z. het geheel bestaande uit de echte inverter (een pure elektronische vermogensactuator), de elektronische regelaar en de algoritmen die erin zijn geïmplementeerd. Het regelalgoritme, geïmplementeerd op een digitaal apparaat, wordt bijgewerkt met frequenties in de orde van 10,000 keer per seconde. Ondanks de extra kosten is het de moeite waard om de mogelijkheid te overwegen om de bedrijfsomstandigheden te variëren, met name de snelheid, brengt belangrijke voordelen met zich mee in diverse toepassingen (vooral pompen en ventilatoren, waar het aanzienlijke energiebesparingen mogelijk maakt).
Door de omvormer in PWM (Pulse Width Modulation) te regelen is het mogelijk om op efficiënte wijze een tern van spanningen te genereren die worden gekenmerkt door amplitude, frequentie en willekeurige fasen. Aangezien bij synchrone motoren het koppel afhankelijk is van de huidige amplitude en van de faserelatie met de magnetische as van de rotor, wordt bij regelalgoritmen de Park-coördinatentransformatie over het algemeen gebruikt, waardoor het driefasensysteem wordt overgebracht naar een referentiesysteem dat integraal is met de rotoras (afb. 6). De kennis van de rotorpositie is dan essentieel voor de synchrone motorregeling. In sommige toepassingen, waar geen specifieke regelprestaties vereist zijn, is het mogelijk om de mechanische positiesensor te elimineren, als gevolg van de kosten en de daaruit voortvloeiende afname van de betrouwbaarheid. Er zijn in feite "sensorloze" regeltechnieken ontwikkeld, waarbij de rotorpositie wordt geschat door gebruik te maken van stroom- en spanningsmetingen (in de omvormer en hoe dan ook noodzakelijk) en het motormodel. Sensorloze technieken voor synchrone motoren, ontwikkeld sinds de jaren negentig, vonden aanvankelijk alleen in bepaalde specifieke gevallen toepassing. In de producten die momenteel "inverters" worden genoemd, dat wil zeggen die drives voor generiek gebruik, werden de eerste algoritmen van dit type geïntroduceerd in de late jaren 2000, om toen een bijna standaard uitrusting te worden in de afgelopen jaren. Helaas zijn deze oplossingen nog steeds nauwelijks bekend bij automatiseringoperators, zelfs als hun geldigheid is aangetoond, vooral in gangbare toepassingen zoals pompen en ventilatoren.
Omdat de door de motorfabrikant verstrekte gegevens vaak ontoereikend zijn voor de kalibratie van alle parameters van het regelalgoritme, zijn er methoden voor zelfinbedrijfstelling ontwikkeld, met andere woorden inbedrijfstelling met minimale interventie van de operator. De eerste stap is de automatische identificatie van parameters ("zelfidentificatie"), waarbij de methoden door de aandrijving zelf worden vervuld, om vervolgens door te gaan naar de werkelijke kalibratie, d.w.z. de keuze van de waarden voor de besturingsparameters. Zowel de industrie als de academische wereld onderzoeken actief op deze aspecten, met zeer interessante voorstellen ook in Italiaans ambit, [10]-[14].
Structurele details
Zoals gezegd zit het grootste verschil tussen de verschillende typen AC-motoren voornamelijk in de rotorstructuur. Er zijn in feite verschillende gevallen van synchrone motoren die ontworpen zijn om de andere onderdelen vrijwel onveranderd te houden in vergelijking met een overeenkomstige asynchrone machine (uiteindelijk de wikkelingen veranderen). Deze aanpak heeft zich de afgelopen jaren gespreid, met als doel generieke toepassingen te bevredigen, juist als vervanging van de asynchrone motor. Naast de duidelijke voordelen in de productiekosten heeft het gebruik van gelijkwaardige onderdelen in termen van totale afmetingen, steunen en externe bevestigingspunten het mogelijk gemaakt deze motoren te gebruiken zonder de resterende mechanica te wijzigen. In dit verband worden innovatieve voorbeelden weergegeven door de producten van Italiaanse bedrijven, zoals de serie synchrone interne motoren met permanente magneet en motoren met terughoudendheid, zoals geïllustreerd in afb. 5.
Bij synchrone motoren, vooral bij motoren met permanente magneten, is het mogelijk een groot aantal Polen te implementeren, met een snelheidsreductie met dezelfde spanning en een koppeltoename met dezelfde stroom. Deze mate van vrijheid in het project kan naar analogie worden vergeleken met het gebruik van een mechanische snelheidsreductor en maakt daarom in sommige toepassingen het gebruik van een directdrive-verbinding mogelijk, met enkele voordelen op het gebied van efficiëntie, totale afmetingen, kosten, betrouwbaarheid en regelprecisie. Deze oplossing wordt al enkele jaren gebruikt in industriële machines (bijvoorbeeld in de productie van papier, [14]), in de sector van de civiele hijswerkzaamheden (liften), in de luchtbehandeling (ventilatoren van koeltorens, [15]) en in sommige huishoudelijke apparaten (met name wasmachines).
In het project dat in [15] wordt overwogen, is het statorpakket (laminaties) gebruikt als structureel element, zonder toevoeging van een extern geval.
Afb. 6 rapporteert ook het ontwerp van een statorlaminering, waarbij de externe vleugel zichtbaar is voor de warmtedissipatie. Dankzij de totale afmetingen in hoogte beperkt is deze motor gemonteerd aan de voet van de koeltoren, in as met de ventilator, waardoor de haakse overbrenging en de snelheidsreductie worden vermeden, die in plaats daarvan noodzakelijk zijn in de traditionele configuratie (met asynchrone motor).
Toepassingen
De eerste toepassingen in de civiele sector van synchrone motoren met permanente magneet omvatten conditioneersystemen, vanwege het belang dat het energieverbruik in dat geval heeft. Ook in de koeling (zowel industrieel als huishoudelijk) is de toepassing van synchrone motoren geleidelijk aan gegroeid. Bovendien wordt een specifiek geval vertegenwoordigd door circulatiepompen voor verwarmingsinstallaties die, vanwege de efficiency-redenen, tegenwoordig bijna volledig zijn gebaseerd op synchrone motoren met permanente magneet in sensorloze besturing.
Onder huishoudelijke apparaten is het gebruik van deze motortypes in wasmachines de afgelopen jaren gebruikelijk geworden. Het gebruik van synchrone motoren in plaats van asynchrone of universele (met borstels) heeft enerzijds de vermindering van de totale afmetingen en de hoeveelheid gebruikt materiaal mogelijk gemaakt, anderzijds een betere beheersbaarheid, ook in verband met de toepassing van oplossingen zoals de mechanische directe aandrijving. In het laatste geval is de rotor, als gevolg van de algemene beperkingen van de afmetingen en de vereiste koppel, gewoonlijk extern en is de gehele motor vlak en met een grote diameter (afb. 7). Een detail van de productie van dit type machines, die ook door andere specifieke toepassingen wordt gedeeld, is de wikkeling op de tand (een duidelijke wikkeling voor elke statortand). In dit type worden ongebruikte koperen onderdelen gereduceerd, maar het wordt moeilijker om machines met een rimpel met een laag koppel te ontwerpen. De directe koppeling biedt ook voordelen vanuit het oogpunt van de algehele werking, waardoor de identificatie van de lading in de tank en de opstelling ervan, naast de snelheidsregeling, wordt vergemakkelijkt.
Vanwege de specifieke werkcyclus van wasmachines, waaronder het drogen van de spin, is het belangrijk dat de machine op hoge snelheid werkt (boven de nominale snelheid). Deze modaliteit wordt 'ontfluxing' genoemd, omdat, omdat de spanning evenredig is aan de stroming en de snelheid, de totale flow wordt gereduceerd door een geschikte regeling, om de werking mogelijk te maken bij hogere snelheden en vaste spanning. In dit geval zijn synchrone motoren met interne permanente magneet de belangrijkste kandidaten, omdat hun beschikbare koppel niet plotseling boven de nominale snelheid daalt.
Een ambit waar synchrone motoren zeer aanwezig zijn geworden zijn liften, vooral van grote omvang. Ook in dit geval zijn specifieke oplossingen geïmplementeerd, zoals die in Fig. 8, waardoor de directe lastbeweging (zonder tandwielen) mogelijk is. In dit geval is het een motor met axiale stroming, d.w.z. de opening tussen stator en rotor (magnetische opening) wordt gekruist door veldlijnen die parallel aan de as staan.
Andere specifieke toepassingsgebieden betreffen hernieuwbare bronnen (bijvoorbeeld windenergie) en luchtvaartelektronica, waar zij het doel nastreven van "More Electric Aircraft" (vervanging van hydraulische of pneumatische actuatoren). Het gebruik van motoren met een hoog rendement en een hoge dichtheid verspreidt zich ook in de tractie, inclusief de wegbaan (van fietsen tot zware voertuigen en bedieningsmachines), de spoor-/tramsector en de industriële sector (vorkheftrucks en dergelijke).
Bibliografie
Leveranciers met geverifieerde zakelijke licenties
Gecontroleerde Leverancier 
