Azionamento e controllo del motore

Un'introduzione ai principali azionamenti per ascensori, tra cui storia, fondamenti e futuro

Questo articolo è tratto dal prossimo libro del tuo autore, L'ascensore: dalle basi al calcolo, che discute gli elementi chiave dei sistemi di ascensori, concentrandosi sui temi dell'azionamento e del controllo del motore, dell'analisi del traco, delle funi e della trazione. Ha lo scopo di fornire un riferimento rapido per i professionisti esperti e una conoscenza di base dei sistemi di ascensori per coloro che non conoscono l'editore del settore

Questo articolo è tratto dal prossimo libro del tuo autore, L'ascensore: dalle basi al calcolo, che discute gli elementi chiave dei sistemi di ascensori, concentrandosi sui temi dell'azionamento e del controllo del motore, dell'analisi del traco, delle funi e della trazione. Ha lo scopo di fornire un riferimento rapido per i professionisti esperti e una conoscenza di base dei sistemi di ascensori per coloro che non conoscono l'editore del settore sicurezza (vale a dire, corde rotte), la cui soluzione era disponibile solo circa 2,100 anni dopo. Nel 1852, Elisha Graves Otis inventò il primitivo dispositivo di sicurezza, che poteva bloccare la cabina dell'ascensore in posizione quando le funi di sollevamento erano rotte. Lo dimostrò pubblicamente un anno dopo al New York Crystal Palace di New York City, la città in cui fu installato il primo ascensore sicuro al mondo nel 1857.

obiettivi formativi

Dopo aver letto questo articolo, dovresti:
♦ Sono stati introdotti alla storia dello sviluppo degli ascensori e alla struttura di base di una trazione o di un azionamento elettrico per ascensori
Comprendere i fondamenti di un azionamento AC-2 tradizionale
Comprendere i fondamenti di un azionamento CC (sia di tipo MG che di tipo TL)
♦ Comprendere i fondamenti di un'unità ACVV e dell'unità ACVVVF contemporanea
♦ Sono stati introdotti altri azionamenti, inclusi azionamenti idraulici, PMSM, motori a riluttanza e motori lineari a induzione

La struttura di base di un ascensore è costituita da una cabina o cabina con porte di cabina associate alla cabina e con porte di piano ai pianerottoli. Quando la cabina arriva ad un piano, le porte di piano vengono aperte e chiuse dalle porte di cabina, che sono azionate dagli operatori delle porte (in pratica, motori con collegamenti meccanici). I passeggeri viaggiano tra i piani salendo e scendendo dalle cabine che salgono e scendono tramite funi di sollevamento, pistoni idraulici, installazioni speciali come le trasmissioni a cremagliera o le macchine lineari più avanzate del futuro.

La maggior parte degli ascensori si muove sollevando funi che giacciono sulle scanalature delle pulegge di trasmissione azionate meccanicamente da motori tramite un freno e/o una scatola di ingranaggi a vite senza fine (Figura 1). Si chiama ascensore a fune: un'estremità della fune di sollevamento è fissata alla cabina, mentre l'altra estremità è fissata al contrappeso. Convenzionalmente, ci sono, in generale, tre tipi di motori utilizzati negli impianti di ascensori: AC, DC e un ibrido tra i due.

Motore AC-2

Il motore AC-2 è un motore primitivo popolare almeno mezzo secolo fa per gli ascensori a bassa velocità. Di solito è accoppiato con un ingranaggio a vite senza fine per ridurre la velocità e aumentare la coppia motrice. Un motore a induzione trifase standard trasporta una serie di tre avvolgimenti posizionati geometricamente a 60° uno accanto all'altro sullo statore (Figura 2). Le correnti trifase fluiscono attraverso le tre serie di avvolgimenti (Figura 2: “1”-“2”, “3”-“4” e “5”-“6”). Durante la fase "a)" una corrente al conduttore "1" scorre fuori dalla carta (rappresentata da un punto) e quella al conduttore "2" scorre nella carta (rappresentata da una croce). L'intensità della corrente lungo l'avvolgimento "1"-"2" è massima, come indicato da un punto nero pieno e da una grande croce.

Utilizzando la famosa "regola della presa della mano destra" (pollice che indica la direzione del campo magnetico con altre dita che mostrano la direzione del flusso di corrente) mostra il campo magnetico risultante che punta verso destra. Il campo magnetico prodotto dai punti “3”-“4” va in alto a destra, mentre quello prodotto dai punti “5”-“6” va in basso a destra. Quindi, il campo magnetico risultante punta ancora a destra. Col passare del tempo, durante la fase "b)," il campo magnetico risultante punta in basso a destra e così via. Ciò mostra la generazione di un campo magnetico rotante con un'ampiezza costante da un'alimentazione elettrica trifase. Secondo la legge dell'induzione di Faraday, quando il campo magnetico rotante taglia il rotore del motore, viene indotta una forza elettromagnetica e, quindi, una corrente. Questo campo magnetico indotto va contro il campo dallo statore. I due campi magnetici interagenti provocano una coppia rotante. Questo perché quello prodotto dallo statore sta ruotando, e il rotore viene spinto a ruotare, perché lo statore è fermo.

Si può dimostrare che la velocità di rotazione, detta anche velocità sincrona, Ns (in giri/min), del campo magnetico dello statore è direttamente proporzionale alla frequenza, f (in Hz), dell'alimentazione elettrica ed inversamente proporzionale al numero dei poli, p, degli avvolgimenti:

Lo statore semplificato mostrato in Figura 2 è una macchina a due poli, cioè, p = 2. Quindi, se f = 60Hz, N_s = 3,600 giri/min = 60 giri al secondo. La figura 2 mostra che in un ciclo di 1/60 s., il campo ruota di un cerchio attorno allo statore. In altre parole, in 1 s., il campo magnetico può ruotare di 60 cerchi. In un motore pratico, il valore minimo di p è solitamente uguale a 4 o 6. La corrente viene indotta nel rotore per induzione elettromagnetica per produrre un campo magnetico per contrastare il campo magnetico dello statore (come spiegato sopra). Quindi, la velocità di rotazione del rotore deve essere inferiore a quella del campo magnetico dello statore. Le due velocità di rotazione sono identiche tra loro solo nella condizione di coppia resistente nulla dal lato del rotore, il che è solo un caso ideale. Perciò, N_s è anche chiamata velocità sincrona del motore, che è il limite teorico.

Nel motore a induzione di un ascensore AC-2 sono presenti due diversi set di avvolgimenti trifase: ad esempio uno con p = 6 e uno con p = 24. La velocità di rotazione del rotore quando sono eccitati gli avvolgimenti di polo basso è quindi quattro volte quella quando sono eccitati gli avvolgimenti di polo alto. Durante il normale funzionamento, gli avvolgimenti a basso polo sono normalmente utilizzati per l'accelerazione e il funzionamento a velocità nominale, mentre gli avvolgimenti ad alto polo sono utilizzati principalmente per la decelerazione e durante la manutenzione quando qualcuno è sul tetto dell'auto. Per invertire il senso di rotazione si scambiano due delle tre fasi della tensione di alimentazione e il motore ruota in senso opposto.

Motore di CC

I motori AC-2 sono stati utilizzati ai vecchi tempi per ascensori a bassa velocità con l'aiuto di un riduttore a vite senza fine. Per gli ascensori ad alta velocità, tuttavia, sono stati utilizzati motori a corrente continua. Questo perché i motori a corrente continua di solito hanno una coppia di avviamento maggiore rispetto ai motori a corrente alternata. Una sezione trasversale del motore CC è mostrata nella Figura 3. La CC passa attraverso i rispettivi avvolgimenti di campo sui poli dello statore per produrre un flusso magnetico attorno al polo, f. Ci sono conduttori sulla superficie del rotore dove un'altra corrente continua li attraversa, producendo così un flusso magnetico di armatura, A intorno al palo. f e A sono disposti in modo che non coincidano mai tra loro, cioè c'è sempre un angolo di separazione tra loro. Questi due flussi magnetici interagiscono tra loro, solitamente per repulsione, per produrre una coppia che dipende dalla forza di ciascun flusso e dall'angolo di separazione tra loro.

Poiché la corrente deve fluire nel rotore rotante, sono necessari un meccanismo, un commutatore e una spazzola per facilitare ciò. La spazzola, solitamente in carbonio, è fissa con lo statore, mentre il collettore ruota con il rotore. Quindi, la corrente può passare dall'alimentatore alla spazzola al commutatore e, infine, all'avvolgimento del rotore. La direzione della forza sul conduttore del rotore può essere determinata dalla famosa “regola del motore della mano sinistra” di Fleming: il primo dito della mano sinistra indica la direzione del flusso di campo prodotto dallo statore, il dito medio indica la direzione del flusso di corrente lungo il conduttore del rotore, il pollice punta nella direzione della forza risultante prodotta. Questo mostra facilmente che la coppia finale della Figura 3 è in senso antiorario, in linea con la forza repulsiva tra A e f. Va notato che, con l'aiuto del commutatore rotante, sia il flusso di campo dallo statore che il flusso di armatura dal rotore rimangono generalmente invariati. Pertanto, la coppia è continua.

Sebbene ci siano fondamentalmente due modi per produrre un'alimentazione per gli avvolgimenti dello statore di un motore CC, il flusso del rotore è fornito dallo stesso principio generale. Il metodo più primitivo è stato chiamato il set Ward-Leonard o motore-generatore (MG) (Figura 4) in cui un motore a induttore trifase è accoppiato meccanicamente con un generatore DC. La velocità di rotazione del motore a induzione è piuttosto costante. La tensione di alimentazione CC dal generatore è variabile (modificando la sua corrente di campo). Il modello matematico di un motore DC sarà discusso in un prossimo articolo. La tensione di alimentazione regolabile viene applicata al motore CC del convertitore. Una tensione più elevata comporta una rotazione più rapida e viceversa. Con un'elevata coppia di spunto, questo tipo di azionamento è appropriato per applicazioni di ascensori ad alta velocità.

Considerando le alternative moderne, è troppo ingombrante installare i set MG e troppo laborioso per mantenerli; un approccio relativamente moderno sviluppato nei primi anni '1970 consiste nel sostituire il set MG con due convertitori elettronici di potenza. Denominato "set di tiristori-Leonard (TL)", ciascun convertitore è costituito da sei tiristori (raddrizzatori controllati al silicio [SCR]) (Figura 5). Anche in questo caso, è possibile generare un'alimentazione CC variabile attivando correttamente i sei SCR per convertire l'alimentazione CA trifase in CC, che viene ulteriormente applicata al motore CC ("M" in Figura 5) attraverso un'induttanza per appianare il pulsante effetto. Un tiristore, o SCR, è come una valvola direzionale per la corrente elettrica. Ha tre terminali: anodo (“A” in Figura 5), ​​catodo (“C in Figura 5) e gate (“G” in Figura 5).

In condizioni normali, la valvola, o SCR, è chiusa e nessuna corrente può attraversarla. Quando un segnale elettrico viene applicato al gate, "G", dell'SCR, si accende e presenta una resistenza molto bassa al flusso di corrente. Questo è lungo la direzione del simbolo della freccia, da "A" a "C", ma mai da "C" ad "A". Quando una corrente passa attraverso un SCR, c'è una bassa tensione positiva ai suoi capi, con una tensione in "A" leggermente superiore a quella in "C". Per spegnere la valvola, è necessario prima disattivare il segnale al gate, quindi ridurre a zero la corrente attraverso l'SCR con altri mezzi e, infine, applicare una piccola tensione negativa, chiamata "bias inversa", attraverso l'SCR . Questo processo rende la tensione in "C" un po' più alta di quella in "A" e si chiama "commutazione". Quindi, è ideale utilizzare gli SCR per rettificare da AC a DC, perché quando l'AC cambia dal ciclo positivo a quello negativo o viceversa, il relativo SCR viene automaticamente interrotto.

AC Variabile Tensione (ACVV) Azionamento

Finora, sembra che i motori a corrente continua possano servire bene sia gli ascensori ad alta che a bassa velocità. Tuttavia, i motori CC hanno requisiti di manutenzione intensiva, poiché la disposizione delle spazzole/commutatore deve essere riparata di tanto in tanto. Inoltre, il costo dei motori a corrente continua è molto più alto di quello dei motori a corrente alternata della stessa potenza. Il rotore di un motore a corrente alternata è solo una gabbia di scoiattolo o con alcuni avvolgimenti in corto circuito senza alcun collegamento con l'ambiente esterno stazionario. Ma AC-2 non è certamente la soluzione, poiché la velocità non può essere regolata liberamente.

Un senso comune è che se la tensione dell'alimentazione trifase a un motore a induzione CA come mostrato nella Figura 2 varia, la coppia motrice varia allo stesso tempo e c'è, quindi, una successiva accelerazione o decelerazione. Si chiama azionamento a tensione variabile CA (ACVV). Una semplice relazione tra la coppia motrice, Γ_D, misurata in Newton, e la coppia di carico, Γ_L, per tutti i tipi di motori è mostrato nell'equazione 2, dove J è il momento d'inerzia equivalente combinato, misurato in kgm2, di tutte le parti meccaniche rotanti, e ω è la velocità di rotazione istantanea del rotore, misurata in radianti al secondo. Un cerchio completo di 360° equivale a 2π radianti.

Va notato che il momento d'inerzia include tutte le parti rotanti, come il rotore, i cuscinetti, l'albero, la puleggia, ecc. Tuttavia, la coppia di carico include anche l'attrito sui cuscinetti, non solo la coppia di controbilanciamento dall'ascensore macchina e funi. La Figura 6 mostra il principio di funzionamento di un tipico azionamento ACVV. Le curve coppia-velocità di tre diverse tensioni applicate sono mostrate dove V_s > V_s1 > V_s2. Tst è la coppia di spunto sotto V_s; T_st1 è la coppia di spunto sotto V_s1 e così via. T_L è la coppia di carico. In pratica, la coppia di carico degli ascensori è piuttosto piatta, in quanto del tutto indipendente dalla velocità di funzionamento. ω è la velocità in regime stazionario (in radianti al secondo) sotto V_s, ω₁ per V_s1 e così via. ω_s è la velocità sincrona (in radianti al secondo), che è concettualmente identica a N_s ma misurato in unità diverse. N_m or ω_m, è la velocità istantanea del motore. La velocità di funzionamento diminuisce progressivamente al diminuire della tensione di alimentazione; quindi, il termine "ACVV". Tuttavia, l'intervallo di controllo della velocità, come mostrato nella Figura 6, è piuttosto limitato. Inoltre esiste un parametro S, mostrato in Figura 6. Si chiama "slittamento", che è definito come:

Quindi, S = 0 a velocità sincrona, e S = 1 quando il rotore è fermo. Quando viene analizzato il modello matematico del motore a induzione CA, S viene solitamente utilizzato al posto di ω or N. Il valore di funzionamento normale di S è intorno allo 5%.

ACVV e azionamento a frequenza variabile (ACVVVF)

Sebbene un azionamento ACVV possa regolare la velocità di funzionamento di un ascensore e richieda meno manutenzione di un azionamento CC, ci sono tre problemi principali. Innanzitutto, come discusso in precedenza, l'intervallo di controllo della velocità è relativamente ristretto. In secondo luogo, la coppia di carico deve essere molto inferiore alla coppia massima sotto la tensione di alimentazione nominale. Terzo, non è un risparmio energetico, poiché la perdita di energia è piuttosto elevata. Pertanto, a partire da 25 anni fa, gli azionamenti ACVVVF hanno dominato il mercato, al punto che gli azionamenti AC-2, DC e ACVV non possono più essere facilmente acquisiti.

Come dice il nome, vengono regolate sia la tensione che la frequenza dell'alimentazione. La Figura 7 mostra le curve coppia-velocità di un tipico azionamento ACVVVF. Le curve verso il lato sinistro appartengono a una tensione inferiore, Ve una frequenza più bassa, f, con V/f di solito viene mantenuto costante, anche se con eccezioni. Ad esempio, se il rating

la tensione trifase è 480 V e la frequenza nominale è 60 Hz, V/f è circa 8. Come mostrato nella Figura 7, la coppia di carico è abbastanza costante per un ascensore. Quando il V or f continua ad aumentare, anche la velocità continua ad aumentare fino al raggiungimento del valore nominale. Questo è un ottimo modello di controllo della velocità. La Figura 8 mostra lo schema elettrico dell'azionamento. La normale alimentazione trifase viene prima rettificata da un convertitore in DC sul bus DC, che viene ulteriormente riconvertita in AC dall'inverter con regolazione libera in V e f. I componenti utilizzati nel convertitore sono diodi di potenza, mentre quelli utilizzati nell'inverter sono solitamente transistor bipolari a gate isolato.

Quando l'ascensore sta scendendo con un carico di cabina più pesante del carico del contrappeso, il sistema di controllo deve provare a frenare l'ascensore. In questo momento, l'energia viene restituita dal motore all'inverter e al bus DC. Tale energia non potrebbe tornare al

alimentazione trifase per le caratteristiche direzionali dei diodi di potenza, e deve essere dissipata da qualche parte. La resistenza di frenatura è essenziale per consumare l'energia per assicurarsi che l'intero azionamento funzioni in sicurezza. Questo è un problema di sicurezza e certamente non auspicabile dal punto di vista del risparmio energetico. Quindi, l'idea della "frenata rigenerativa" è popolare in modo che l'energia possa essere restituita alla rete elettrica attraverso un percorso diverso.

Il principio di funzionamento nella Figura 7 è chiamato "controllo scalare", che è utile per il controllo della velocità in condizioni stazionarie, a bassa velocità e ad anello aperto. Qui, "anello aperto" si riferisce all'inesistenza del controllo del feedback di corrente, non del feedback di velocità, che è sempre essenziale nel funzionamento dell'ascensore.

I motori a induzione sono superiori ai motori a corrente continua in termini di dimensioni, peso, inerzia, costo e velocità, ma i motori a corrente continua sono superiori in termini di facilità di controllo. Se è necessario un preciso controllo dinamico ad anello chiuso che fornisca un'accelerazione e una decelerazione confortevoli e un livellamento a velocità molto bassa, ecc., è necessario il controllo del vettore di flusso di un tale azionamento ACVVVF. L'idea di base del "controllo vettoriale di flusso" è una serie di trasformazioni matematiche in cui le tensioni e le correnti trifase (elettricamente distanti 120°) vengono trasformate matematicamente in un sistema bifase (elettricamente distanziate di 90°). Questi sono chiamati rispettivamente vettori ad asse diretto e vettori ad asse di quadratura. Poiché le due fasi sono ora perpendicolari l'una all'altra, non c'è influenza reciproca tra di loro e possono essere controllate indipendentemente. Un vettore è responsabile della componente di flusso (analogo al campo prodotto dallo statore in un motore DC), mentre un altro è responsabile della componente di coppia (analogo al campo di armatura prodotto dal rotore in un motore DC).

In un sistema trifase, a meno che non si possa mantenere una situazione di totale equilibrio, qualsiasi cosa diversa su una fase ha un certo impatto sulle altre fasi. Quindi, la "modalità di controllo scalare" richiede sempre un'operazione bilanciata. In questo modo è possibile ottenere comodamente il controllo della coppia sotto "controllo vettoriale di flusso" con rapidi cambiamenti e adattamenti. Sotto questa categoria, ci sono due rami: controllo orientato al campo e controllo diretto della coppia.

Motore ibrido: azionamento PMSM

Quando viene utilizzato un motore a induzione, anche quando viene adottato il controllo del vettore di flusso, il campo magnetico del rotore deve ancora essere prodotto dal campo magnetico dello statore, risultando in una risposta più lenta e più debole. Se il campo magnetico del rotore può essere generato autonomamente ma non tramite la spazzola/commutatore come in un motore a corrente continua, il rapporto tra coppia e dimensione del motore può essere notevolmente aumentato. Questa è la tecnologia del motore sincrono a magneti permanenti (PMSM). In questi motori gli avvolgimenti o le barre del rotore sono sostituiti da magneti permanenti, con i seguenti vantaggi:

• Eliminazione della perdita di rame
• Maggiore densità di potenza ed efficienza
• Bassa inerzia del rotore
• Possibilità di un maggiore traferro a causa delle maggiori densità di forza coercitiva

Naturalmente, ci sono anche degli svantaggi, come segue:

• Perdita di flessibilità del controllo del flusso di campo del rotore
• Elevato costo dei magneti permanenti con alta densità di flusso
• Degrado delle caratteristiche magnetiche nel tempo
• Perdita di magnetizzazione quando la temperatura di esercizio è superiore alla temperatura di Curie.

A temperature inferiori al punto di Curie, i momenti magnetici sono completamente allineati all'interno dei domini magnetici nei materiali ferromagnetici. Al di sopra di tale temperatura, tale allineamento viene gradualmente distrutto. Avendo tutti questi svantaggi, stanno ancora guadagnando popolarità nelle moderne applicazioni per ascensori a causa degli elevati rapporti coppia-dimensioni e coppia-peso, nonché la speranza di riduzioni dei costi con la possibilità di sostituire i metalli delle terre rare con artificiali metalli. Inoltre, i magneti permanenti possono essere opportunamente disposti per formare motori a campo assiale. Nei motori convenzionali, i campi magnetici sono generalmente perpendicolari all'asse di rotazione del rotore. Nei motori a campo assiale, i campi sono tutti paralleli all'asse di rotazione, producendo un aspetto molto sottile. Ciò li rende adatti per applicazioni senza locale macchina (Figura 9).

Un altro tipo di motore a magneti permanenti è il motore CC senza spazzole (BLDC), ma questo tipo non è comunemente utilizzato nel settore degli ascensori. Sostituendo un motore convenzionale con uno PMSM della stessa potenza, è possibile ottenere un risparmio energetico medio di almeno il 25-30%. Per applicazioni con velocità molto elevate, ad esempio 15 mps (3,000 fpm) o superiori, è impossibile utilizzare motori convenzionali e PMSM diventa l'unica scelta.

La Figura 10 mostra due tipi di PMSM: entrambi sono macchine a due coppie di poli ma diversi nel design del rotore. I campi magnetici generati dal rotore provengono tutti da magneti permanenti ad esso collegati. Un campo magnetico rotante allo statore è generato da un'alimentazione trifase a frequenza variabile e tensione variabile, abbastanza sinusoidale con la forma d'onda. Questo è come la disposizione convertitore/invertitore in Figura 8. È chiamato "ibrido" perché il campo magnetico al rotore è di ampiezza costante, analogo a quello di un motore CC. Quando il campo dello statore ruota, il campo del rotore segue per attrazione o repulsione e, quindi, il rotore fisico. Per i motori BLDC, anche il campo statorico non è puramente sinusoidale.

Ascensore idraulico

Sebbene gli ascensori a trazione abbiano dominato il mercato, gli ascensori idraulici sono ancora installati e la loro tecnologia è stata modernizzata negli ultimi dieci anni. Per essere semplici, un ascensore idraulico è costituito da un cilindro riempito d'olio con uno stantuffo/pistone/pistone sopra l'olio. Lo stantuffo sostiene la cabina dell'ascensore o, in alcuni modelli, tira una serie di funi di sollevamento che sospendono la cabina dell'ascensore. Quando l'olio viene iniettato sotto lo stantuffo, la cabina si alza e quando l'olio viene rilasciato, la cabina cade. La pompa dell'olio con il suo motore è solitamente immersa nel serbatoio dell'olio, coordinandosi con la valvola dell'olio per il funzionamento dell'ascensore. L'olio è un isolante e il motore sommerso può funzionare normalmente. Poiché a volte sono inevitabili lievi perdite d'olio e variazioni di temperatura dell'olio, di tanto in tanto viene effettuato il rilivellamento automatico. Pertanto, la pompa può funzionare anche quando la cabina si ferma a un piano. In generale, un ascensore idraulico consuma molta più energia di un ascensore a fune. Molto spesso la sala macchine di un ascensore idraulico deve essere climatizzata. Poiché il movimento della cabina dell'ascensore si basa sul riempimento e sul rilascio di olio da e verso il cilindro, un semplice motore a induzione CA che aziona la pompa è abbastanza buono.

Nell'ultimo decennio, sono state condotte ricerche per rendere ecologici gli ascensori idraulici risparmiando energia. Ciò si ottiene introducendo inverter negli azionamenti del motore, come con l'azionamento idraulico dell'ascensore ACVVVF. Inoltre, quando l'olio viene rilasciato per abbassare la cabina dell'ascensore, il motore della pompa è disposto in modo appropriato per estrarre energia dall'olio che scorre verso la rete elettrica.

Motori a riluttanza

La struttura dello statore è quasi identica nei tipi di motori CA menzionati prima. Le loro differenze sono principalmente nel rotore. L'idea di base è quella di lasciare che il rotore segua il campo magnetico rotante generato dallo statore, sia per induzione elettromagnetica che per magneti permanenti. C'è un altro mezzo o approccio, che consiste nel progettare il rotore in modo tale che il flusso magnetico dallo statore possa facilmente penetrare nel rotore quando il rotore si trova in una posizione particolare rispetto al campo. In altre parole, il rotore può allinearsi automaticamente dove c'è una riluttanza minima al campo dello statore. Quindi, quando il campo magnetico dello statore ruota, il rotore segue. Questo è lo sviluppo dei "motori sincroni a riluttanza". Con una progettazione adeguata, le prestazioni di un motore a riluttanza possono avvicinarsi a quelle di un motore a induzione, sebbene il motore a riluttanza possa essere leggermente più pesante e abbia un fattore di potenza inferiore. Il fattore di potenza è un parametro elettrico utilizzato per misurare quanto bene un carico utilizza l'alimentazione e varia tra 1 e 0. Un valore superiore a 0.85 è considerato normalmente accettabile.

Quando lo statore è simile a quello di un motore a induzione CA, non c'è magnete o gabbia di scoiattolo nel rotore (Figura 11). Per azionare un motore di questo tipo è necessario un controllo orientato al campo. I lamierini di ferro in esso contenuti sono separati da materiali non magnetici, aumentando così il flusso di riluttanza nell'asse di quadratura. Tuttavia, l'uso di tali motori nei sistemi di ascensori è ancora in fase di ricerca.

Azionamento a motore lineare

Dall'invenzione degli ascensori alla fine del XIX secolo, il design fondamentale non è stato affatto modificato. Cioè, il numero di ascensori in un vano o vano verticale è stato solitamente uno e per lo più fino a due. Abbiamo due piani quando due cabine sono incernierate insieme, una sopra l'altra, che servono due piani consecutivi. Questo è virtualmente equivalente a una grande cabina con doppia capacità. Questo design convenzionale di uno o due ascensori per vano corsa potrebbe essere considerato uno spreco del vano corsa, ad esempio, immaginando che ci sia un solo treno che si muove su una lunga rotaia. Sebbene il primo sistema thyssenkrupp TWIN sia stato messo in funzione in Germania nel 19, dove due cabine possono muoversi indipendentemente, una sempre sopra l'altra, la tecnologia limita ancora il numero di cabine a due. Ogni volta che si utilizzano funi o pistoni, il numero di ascensori non può superare tale limite.

Gli edifici stanno diventando sempre più alti, con un'altezza di 500 m (1,640 piedi) o superiore che è comune. Sarebbe perfetto se potessimo avere, diciamo, da quattro a cinque taxi che corrono lungo lo stesso pozzo allo stesso tempo, servendo passeggeri in zone diverse di un edificio alto. Per realizzare questo sogno, le cabine degli ascensori devono potersi muovere da sole, come i treni su rotaia. Quindi, dobbiamo eliminare le corde e gli stantuffi. L'uso dei motori lineari non è una novità, poiché possiamo trovare applicazioni nell'industria ferroviaria e dei trasportatori. Esistono anche motori sincroni lineari e motori a riluttanza lineare. Nel settore degli ascensori, prevediamo che la principale applicazione nel prossimo futuro saranno i PMSM lineari. L'idea di utilizzare motori lineari nei sistemi di ascensori è stata proposta per la prima volta da Otis e Mitsubishi all'inizio degli anni '1990.[1] Da allora, nessun modello pratico è stato messo in funzione per motivi di sicurezza: nessuno poteva correre il rischio di un'interruzione di corrente poiché la cabina fluttua nell'aria senza attacco quando viene utilizzato un motore sincrono lineare. Il modello dimostrativo preliminare del sistema MULTI di thyssenkrupp (ELEVATOR WORLD, febbraio 2015) ha mostrato un motore lineare all'interno dell'attrezzatura di guida installata sul retro di ciascuna cabina dell'ascensore. Questo solleva la cabina non solo su e giù, ma anche a destra e a sinistra. La cabina scorre su una rotaia, fornendo un elevato margine di sicurezza.

Domande sul rinforzo dell'apprendimento

Usa le seguenti domande sul rinforzo dell'apprendimento per studiare per l'esame di valutazione della formazione continua disponibile online su www.elevatorbooks.com o a pag. 117 di questo fascicolo.
♦ Perché ai vecchi tempi venivano usati motori AC-2 ma non AC-1?
♦ Perché i motori CC non vengono utilizzati nei nuovi impianti di ascensori?
♦ Quali sono i pro ei contro dell'utilizzo degli azionamenti ACVV nei sistemi di ascensori?
♦ Qual è la principale differenza di un'unità ACVVVF sotto controllo scalare e controllo vettoriale, rispettivamente?
♦ Quale unità consiglieresti per un'installazione che serve un edificio di quattro piani (50 piedi di altezza) utilizzando un
velocità di 100 fpm?

Riferimento
[1] Janovsky, L. Elevator Mechanical Design, IAEE, Ellis Horwood, New York, Chapter 1 (1993), disponibile su www.elevatorbooks.com.