Advanced algorithms for flux-weakening and sensorless control of interior PM and reluctance synchronous motor drives

Le macchine sincrone a magneti permanenti (PMSM) sono sempre più utilizzate in applicazioni domestiche, commerciali e industriali per via della loro superiore efficienza, coppia elevata e alta densità di potenza. Grazie a queste caratteristiche, questo tipo di macchine viene ampiamente utilizzato in diversi campi. Nel settore dei trasporti, la trazione elettrica basata su PMSM sta diventando un forte concorrente dei sistemi di propulsione convenzionali basati su motori a combustione o macchine a induzione. Chiari esempi sono i veicoli elettrici puri e ibridi, i treni, ecc. A causa dei vincoli sempre più stringenti delle classi energetiche, le macchine PMSM stanno conquistando il mercato dei grandi elettrodomestici, ad es. lavatrici e asciugatrici, frigoriferi e condizionatori. Infine, la robotica e i sistemi di alta precisione, le macchine utensili e le applicazioni industriali impiegano sempre più macchine a magneti permanenti per dispositivi ad alte prestazioni ed efficienza. Negli ultimi anni c'è stato un crescente interesse per le macchine a riluttanza sincrona (SyRMs) poiché presentano una superiore affidabilità e sono economicamente vantaggiose a causa dell'assenza di magneti permanenti nel rotore. Per questo la possibilità di sostituire i motori a magneti permanenti presenti nelle esistenti applicazioni con macchine sincrone a riluttanza è di grande interesse per chi lavora nei campi precedentemente citati. Esigenze industriali hanno determinato le attività descritta in questa tesi. In particolare, gli argomenti di ricerca sono stati scelti e sviluppati in base alle specifiche esigenze di E.E.I. S.p.a. (Equipaggiamenti Elettronici Industriali - Vicenza, Italia), il partner industriale che ha finanziato la mia borsa di studio. Due principali temi di ricerca riguardanti il controllo delle macchine sincrone, in particolare IPMSM e SyRM, sono stati individuati. Innanzitutto, la possibilità di sviluppare un algoritmo di controllo in grado di sfruttare la capacità di questi motori di lavorare in un ampio intervallo di velocità. Questo è un aspetto cruciale nella progettazione di un azionamento elettrico poichè consente di evitare il sovradimensionamento del convertitore di potenza e del motore, che a sua volta porta a risparmi di spazio e denaro. Il secondo argomento riguarda l'analisi del controllo sensorless dei motori sincroni. Gli algoritmi di stima della posizione consentono di evitare l'uso di sensori che portando vantaggi in termini di costi e affidabilità dell'azionamento. Per queste ragioni le applicazioni sensorless sono molto interessanti da un punto di vista industriale. Tuttavia, le prestazioni degli algoritmi convenzionali per la stima della posizione a velocità bassa o nulla peggiorano in caso di condizioni di forte saturazione e potrebbero portare perfino all’instabilità dell’algoritmo.