Motori elettrici e inverter sono componenti chiave per applicazioni ad alta efficienza energetica in ambito industriale. In questo settore, per ridurre i consumi e fare efficientamento energetico, si può intervenire tanto sul processo produttivo quanto sui sistemi ausiliari, cioè motori elettrici e inverter.
Il lavoro di efficientamento energetico sui motori elettrici, che sono tra i principali responsabili dell’assorbimento di energia elettrica da parte dei servizi ausiliari, diventa quindi fondamentale, potendo incidere in modo significativo sui consumi complessivi di una unità produttiva.
La Commissione Europea ha stimato che i sistemi a motore elettrico utilizzino circa la metà dell’energia elettrica prodotta e che il soddisfacimento dei requisiti richiesti dal Regolamento EU 2019/1781 sulla Progettazione Ecocompatibile (Ecodesign) dovrebbe portare ad un risparmio annuo di energia finale pari a 10 TWh nel 2030.
I nuovi motori a magneti permanenti della serie EM-A di Mitsubishi Electric costituiscono la soluzione ideale per efficientare un sistema mantenendo alte le prestazioni di controllo, sia in termini velocità che di posizionamento. Più compatti e leggeri di un asincrono, questi motori offrono, in abbinamento con gli inverter della serie FR-E800, un controllo sensorless ad anello aperto.
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Mitsubishi Electric: efficienza elevatissima con i motori EM-A a magneti permanenti
Nel campo dei motori elettrici, prestazioni, accessibilità, efficienza energetica e connettività sono da sempre fondamentali driver di investimento. Oggi, per consentire ai produttori di rimanere competitivi e adeguarsi alle normative vigenti, la progettazione dei motori deve puntare necessariamente alla massima efficienza energetica.
Dal momento che i motori elettrici vengono utilizzati in molteplici applicazioni in diversi settori industriali, dalle centrali elettriche al comparto agroalimentare, la loro progettazione non può prescindere dal potenziamento dell’efficienza energetica e dalla conseguente riduzione dell’onere a carico dell’approvvigionamento elettrico.
L’installazione di motori ed inverter ad alto rendimento consente, infatti, di ottenere risparmi significativi: da qui l’attenzione di molti produttori verso l’evoluzione tecnologica di queste macchine elettriche rotanti: ogni piccolo miglioramento, infatti, si riflette sui grandi numeri.
La tecnologia a poli salienti per controllo sensorless
“Il motore elettrico di nuova concezione della serie EM-A è del tipo a magneti permanenti superficiali SPM (Surface Permanent Magnet). La peculiarità di questo motore è che i magneti permanenti presenti all’interno e disposti sul rotore, sono a “poli salienti”, hanno cioè una particolare salienza che rappresentanoil cuore del brevetto Mitsubishi Electric, grazie alla quale l’induttanza del motore varia a seconda della posizione di rotazione e da cui derivano poi tutte le performance e le funzionalità del motore”, spiega Alessandro Villa, Product Specialist Engineer Inverter-LVS – Factory Automation Division di Mitsubishi Electric.
La combinazione del motore magnetico a poli salienti di nuova concezione e dell’esclusiva tecnica di controllo sensorless ad alte prestazioni di Mitsubishi Electric realizza un controllo di posizionamento e di velocità ad alta precisione senza encoder.
“L’inverter – prosegue Villa – effettua il controllo sensorless sfruttando la struttura a poli magnetici salienti del motore e stimando con precisione la loro posizione in ogni momento tramite un sistema di controllo adattativo. Perciò, a differenza dei tradizionali motori asincroni, con questi motori è possibile effettuare dei posizionamenti e dei controlli di velocità senza avere bisogno di un segnale proveniente da un encoder fisico.”.
Nel motore EM-A, quindi, è la variazione dei valori di induttanza, generati dalla salienza dei poli, che consente il controllo sensorless. Il pacchetto di azionamento proposto è composto dal motore EM-A e dall’Inverter FR-E800.
“Brevettato per un utilizzo esclusivo con questa famiglia di Inverter Mitsubishi Electric, il motore EM-Ava ad ampliare il portafoglio prodotti con l’obiettivo di offrire una soluzione completa all’avanguardia, adatta per dinamiche e posizionamenti semplici ma efficaci, assicurando al tempo stesso un notevole risparmio energetico. Tutto da un unico fornitore. È garantito il superamento della classe IE5 (Ultra Premium), creando, assieme all’inverter, un pacchetto economico ma estremamente efficiente e performante che si traduce in un risparmio energetico per il cliente finale, rispetto ai tradizionali motori asincroni che, di norma, sono di classe IE3)”, afferma Villa, che aggiunge: “Oltre ad essere una soluzione economica rispetto ai servo, il motore EM-A è ideale soprattutto per rinnovare le vecchie soluzioni asincrone e/o fare un upgrade dei macchinari, vantando il grosso beneficio del risparmio energetico, della compattezza degli ingombri e della riduzione di peso”.
Risparmi significativi grazie ad una soluzione completa di azionamento
I risparmi non riguardano solo l’azionamento. “Presentandosi senza encoder, questi motori permettono di risparmiare anche in cablaggio e componentistica del sistema. Anche la manutenzione dei componenti risulta molto meno impegnativa, garantendo una durata di esercizio superiore. Inoltre, la parametrizzazione è molto semplice e intuitiva dal momento che l’azionamento FR-E800 contiene già tutte le grandezze elettriche del motore abbinato, facilitando e abbassando drasticamente i tempi di setup iniziale dell’operatore”, spiega Roberto Beccalli, Product Solution Manager Servo-Drive & Robot, Factory Automation Division di Mitsubishi Electric.
La gamma di motori EM-A parte da 100 W per arrivare fino a 7,5 kW, con velocità massima di 4.000 giri/minuto, garantendo una gestione fino al 200% della coppia nominale anche a regimi attorno a 0 rpmLe linee di prodotto sono due, a 200 Volt e 400 Volt, con i rispettivi azionamenti, sia monofase che trifase.
“Rispetto agli asincroni utilizzati nel settore industriale, solitamente in classe IE3, considerando un’operatività tipica di tre turni al giorno, il risparmio dei motori EM-A, mediamente, si attesta attorno al 10.È opportuno tenere presente che, nei processi particolarmente energivori, questo risparmio può incidere in maniera importante sul Total Cost of Ownership (TCO).”, ribadisce Villa.
In pratica, questa soluzione consente di avvicinarsi alla precisione di un servo azionamento (servo motore con encoder), raggiungendo dei livelli di performance elevati. In fase di posizionamento, infatti, l’errore massimo è ±1,8 gradi per angolo giro (in assenza di un riduttore), riuscendo, per posizionamenti semplici, a soddisfare le esigenze del cliente al pari del pacchetto servo.
La convenienza sta nel mezzo
“Non avendo l’encoder, il motore EM-A sensorless non può certamente raggiungere le precisioni di un servo motore, ma, grazie all’innovativa tecnologia di lettura del polo magnetico realizzato a poli salienti, l’inverter riesce ad eseguire un posizionamento semplice e a gestire la velocità in modo estremamente preciso. Nel confronto tra un servo azionamento, caratterizzato dal massimo grado di precisione, e un motore asincrono, utilizzato per il funzionamento di ventole, pompe, gru, carroponti e semplici nastri trasportatori, applicazioni nelle quali la velocità viene regolata senza aver bisogno di precisione estrema, l’EM-A si colloca in una posizione intermedia, riuscendo, nelle applicazioni più semplici, dove non serve una precisione al centesimo di millimetro, a garantire le stesse performance e fare le stesse cose di un servo, ad un prezzo inferiore che rende la soluzione molto interessante e conveniente”, spiega Beccalli.
È il caso, ad esempio, dei nastri trasportatori con un robot adibito al pick&place degli oggetti, che necessita di una notevole precisione. Un altro impiego tipico è nell’industria alimentare, per regolare il passo delle macchine affettatrici, e nel settore del tessile per il taglio del tessuto.
“In realtà, anche laddove si abbiano dei semplici nastri trasportatori con diversi motori asincroni, la sostituzione con i motori EM-A assicura una migliore fluidità di movimento e un netto risparmio energetico. In virtù delle sue caratteristiche di efficienza energetica, per le aziende, i motori EMA potrebbero rappresentare uno strumento utile ad accedere agli incentivi del Piano Transizione 5.0”, aggiunge Villa.
Un passo verso il futuro dell’efficientamento energetico dei motori elettrici
A livello europeo, interviene la normativa ad incrementare l’efficienza dei motori elettrici: con il Regolamento EU 2019/1781 sulla Progettazione Ecocompatibile (Ecodesign) e l’emanazione della Norma Internazionale IEC 60034-30:2008, con la quale sono state definite le classi di rendimento (EI) per i motori trifase, l’Europa si è mossa per indirizzare e regolare la produzione di motori elettrici, con il fine ultimo di raggiungere gli obiettivi di efficienza energetica e di emissioni di CO2, così da limitare l’aumento medio della temperatura globale. Queste norme interessano direttamente le aziende che acquistano, vendono e utilizzano motori e azionamenti.
In base al Regolamento EU, da luglio 2023, i motori elettrici asincroni devono soddisfare i requisiti della classe IE3 ), La normativa dovrà presto integrare anche i motori sincroni e regolamentarne i valori di efficienza. E’ per questo che Mitsubishi Electric, con i motori EM-A,ha deciso di giocare d’anticipo, offrendo già una soluzione completa che assicura un livello di efficienza IE5+”, conclude Villa.
