AeS Nr.8

Automazione e Strumentazione n Novembre - Dicembre 2023 Speciale 75 AZIONAMENTI EFFICIENTI Standard e classi di efficienza A livello mondiale, le amministrazioni hanno compiuto progressi significativi nella defini- zione dei livelli di efficienza Meps (European Minimum Energy Performance Standard). Dal 2020, i Paesi che consumano il 76% dell’elet- tricità complessiva del sistema di propulsione elettrica hanno introdotto i Meps per i motori al livello IE2 o IE3, contribuendo a ridurre il con- sumo di elettricità industriale. Dal 1° giugno 2011 tutti i motori elettrici devono fregiarsi almeno di un livello di efficienza IE2 e a decorrere dal gennaio 2015 i motori elettrici con potenza nominale compresa fra 7,5 kW e 375 kW devono raggiungere un livello di effi- cienza IE3 o IE2, se muniti di velocità variabile. Dal 1° luglio 2021 è entrato in vigore il nuovo Regolamento Ecodesign 2019/1781 sulla proget- tazione ecocompatibile di motori e azionamenti. Il nuovo regolamento ha una portata più ampia, coprendo motori con range di potenza da 0,12 kW fino a 1.000 kW. Da circa 13 anni la norma IEC 60034-30 sta- bilisce le classi di efficienza internazionali IE (International Efficiency: IE1, IE2, IE3, IE4) dei motori elettrici. Questo assicura una base comune internazionale per la progettazione e la classificazione dei motori, nonché per le attività legislative nazionali. Lo standard si applica ai motori a velocità singola classificati secondo la norma IEC 60034-1 o IEC 60079-0 (atmosfere esplosive) e progettati per l’avviamento diretto in linea (Dol, Direct On Line). I valori limite di efficienza sono basati su frequenza, numero di poli e potenza del motore. La serie di norme IEC 61800-9 stabilisce nuovi parametri di riferimento per la valutazione di progetti ecologici di sistemi di azionamento e apparecchiature comandate. La diffusione delle nuove tecnologie digitali e di Industria 4.0 sta spingendo verso la classe di efficienza Superpremium IE4 descritta nella norma IEC 60034-30-1 per i motori a corrente alternata ad azionamento diretto in linea e nella norma IEC TS 60034-30-2 per i motori a cor- rente alternata a velocità variabile. Nella stessa norma vengono specificati anche i rendimenti minimi per la classe di efficienza IE5. Materiali e tecniche costruttive Quanto ai materiali green nella produzione di motori e azionamenti, l’obiettivo è di utilizzare materiali magnetici ceramici meno problema- tici rispetto a ferriti e terre rare. Per esempio, il nitruro di gallio (GaN) è un materiale semicon- duttore che ha guadagnato notevole attenzione negli ultimi anni. Il GaN presenta proprietà eccezionali nelle applicazioni di elettronica di potenza. Una delle caratteristiche chiave del GaN è l’ampio gap di banda che gli consente di funzionare a tensioni e temperature più elevate rispetto al silicio. Questa proprietà consente ai disposi- tivi GaN di gestire livelli di potenza più elevati senza compromettere l’efficienza. Molto interessanti sono anche i materiali orga- nici composti principalmente da atomi di car- bonio legati con idrogeno e altri elementi. Essi sono la base di semiconduttori organici e polimeri conduttori che presentano proprietà elettriche e ottiche uniche. Questi materiali offrono numerosi vantaggi, tra cui flessibilità, leggerezza e il potenziale di produzione a basso costo. Anche materiali bidimensionali come i dicalcogenidi dei metalli di transizione (TMD), il fosforo nero e materiali ibridi come le perovskiti organiche-inorganiche mostrano un notevole potenziale in applicazioni di gestione energetica. Passando alle tecnologie costruttive, il potting e l’incapsulamento sono le due tecniche prin- cipali utilizzate per proteggere i componenti elettronici sensibili e dunque per aumentare l’efficienza di motori e azionamenti. Esse consentono il riempimento, l’immersione o l’incorporamento del componente elettronico o dell’assemblaggio in un involucro con un materiale resinoso come il silicone, allo scopo di fornire protezione, isolamento elettrico e dissipazione del calore. Hanno buon gioco in chiave di ottimizzazione anche le tecniche di controllo ‘sensorless’ in cui la posizione del rotore viene stimata sfruttando le misure di corrente e tensione dell’inverter e il modello del motore. In diverse applicazioni ciò consente l’eliminazione del sensore di posi- zione meccanico riducendo i costi e aumen- tando le prestazioni. Non ultimi, i metodi di ‘self commissioning’, ovvero di messa in servizio con l’intervento diretto dell’operatore, consentono l’identifi- cazione automatica dei parametri dell’aziona- mento e la scelta ottimale dei valori dei para- metri di controllo. n