È possibile ottimizzare un progetto di statore avvolto per motore ad alta efficienza? E fino a dove si può spingere questo processo? Con quale obiettivo?
Queste sono le domande che mi sono posto di fronte ad una richiesta interna del Responsabile di Produzione Came; la richiesta era chiara, studiare una modifica sostanziale su un prodotto di un cliente storico, o meglio sua una famiglia di prodotti, in ottica di riduzione del tempo-ciclo e quindi di incremento della efficienza produttiva, a parità naturalmente delle prestazioni del motore e del costo del prodotto.
Vediamo oggi un nuovo servizio chiave che l’Area Ricerca e Sviluppo Came mette a disposizione della propria clientela e degli enti interni: il servizio di Ottimizzazione.
Lo scopo di questo servizio è di trovare una soluzione che permetta di ottimizzare un prodotto ed è diviso in 2 processi:
- Ottimizzare il prodotto in ottica di consumi (efficienza elettrica)
- Ottimizzare il prodotto in ottica di industrializzazione (efficienza produttiva)
In questo articolo vi parlerò in particolare dello studio eseguito su un avvolgimento per motore trifase IE3:
Motore Mec 90S/B5 1,1kW 230/400V 50Hz IE3
- Il progetto è stato suddiviso in 2 fasi:
- Specifiche di progetto dell’avvolgimento
- Simulazione a CAD del motore attuale e studio di una alternativa
1. Specifiche di progetto dell’avvolgimento
L’avvolgimento di statore è un classico 135×80-36c 4 poli trifase asincrono.
La caratteristica più critica è stata la scelta progettuale dello schema di avvolgimento (passo 1-8-10-8) che consente un vantaggio in ottica di efficienza elettrica grazie alla riduzione della resistenza di fase.
Lo svantaggio principale di questa distribuzione è purtroppo la maggior difficoltà di esecuzione, soprattutto nella parte di isolamento fasi, rispetto al più noto schema di avvolgimento concentrico (passo 1-8-10-12), con conseguente riduzione della efficienza produttiva di circa il 15%.
Scopo di questo studio era di valutare la possibilità di sviluppare il motore con passo concentrico, garantire le stesse prestazioni e non aumentare il costo finale del prodotto.
2. Simulazione a CAD del motore e studio di una alternativa
In questa seconda fase, grazie alla collaborazione di SPIN Applicazioni Magnetiche e della simulazione a CAD con FluxMotorTM, abbiamo fatto una caratterizzazione del modello attuale ed una verifica, a parità di dati e materiali, della perdita di efficienza con lo schema classico qui sotto riportato.
Di seguito trovate i risultati della simulazione con una predita in efficienza valutata in meno di 1%.
La riduzione di efficienza con il nuovo schema di avvolgimento poteva essere recuperata in diversi modi:
- Utilizzare lamiera con minori perdite
- Aumentare il fattore di riempimento rame
- Aumentare l’altezza pacco
Abbiamo escluso l’utilizzo di lamiera a minori perdite per motivi di prezzo e di reperibilità e ci siamo concentrati sugli altri 2 punti modificando il progetto arrivando dopo alcune simulazioni a questo risultato:
- Aumentato il volume di rame di +5%
- Aumentata l’altezza pacco di +4,5%
- Ripristinata l’efficienza al valore originale di 84,3%
Conclusioni
Il maggior costo dovuto alla materia prima viene ampiamente compensato dalla maggiore efficienza produttiva con un risparmio finale netto sull’avvolgimento in termini di costo valutato in circa 2,5%
Il risultato può sembrare di poco conto, nella realtà è di grande impatto in termini di maggiore capacità produttiva; questo permette a Came di rispondere con maggiore efficacia alle richieste sempre crescenti del mercato, proponendo soluzioni alternative senza aumentare di fatto il costo del prodotto.
Lavoro di squadra, competenze interne ed esterne messe a disposizione, professionalità; questi i fattori chiave che hanno permesso di raggiungere con successo l’obiettivo richiesto.
Fabrizio Bardelli
Esperto Ricerca e Sviluppo Came
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282
