TARATURA E COLLAUDO DI UN BANCO PROVA DI MOTORI SINCRONI A MAGNETI PERMANENTI

The thesis work had as its objective the testing, programming and calibration of a test bench of permanent magnet synchronous motors (PMSM) created in collaboration between the research and development group of AROL SPA Bari and the research group of the laboratory of Electrical Machines and Drives of the Polytechnic of Bari. This test bench was designed and built for the study of innovative PMSM control and parametric identification techniques. The first testing phase involved checking the correct functioning of all the bench devices, including the electric motors, the electronic power converters, the control units and the various sensors and transducers. The testing phase also envisaged the integration of the various components in order to obtain two distinct and mechanically coupled electric drives. This phase was preceded by a detailed study of all the technical documentation of the bench devices and involved the use of various laboratory equipment including handheld digital multimeters, digital oscilloscopes and voltage and current probes to test correct communication and the correct functioning of the components. Furthermore, this phase included programming activities for the control unit management software. In particular, these activities had both the aim of enabling the correct reception of the signals coming from the sensors and transducers and the correct generation of the driving signals of the electronic power converters in order to carry out the PWM modulation. The second phase involved the development and implementation of a complete PMSM control algorithm to carry out the well-known field-oriented regulation which guarantees high efficiency and dynamic performance. Subsequently, calibration activities were carried out on the speed and current regulators of the motors to guarantee the stability, speed and precision of the regulation. Finally, several tests were carried out for the experimental identification of the characteristic parameters of the PMSM dynamic model. These tests required both the use of dedicated equipment, including power waveform generators, precision electrical resistance meters and oscilloscopes equipped with voltage-current probes, and the execution of dedicated control actions. The results of the experimental identification will constitute the reference values necessary for the validation of innovative automatic and non-invasive parametric identification algorithms. The work carried out therefore achieved the objective of making the test bench fully operational and ready for research and experimental validation activities relating to the control and parametric identification of PMSMs.

Il lavoro di tesi ha avuto come obiettivo il collaudo, la programmazione e la taratura di un banco prova di motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) realizzato in collaborazione tra il gruppo di ricerca e sviluppo di AROL SPA Bari ed il gruppo di ricerca del laboratorio di Macchine e Azionamenti Elettrici del Politecnico di Bari. Tale banco prova è stato progettato e realizzato per lo studio di tecniche innovative di controllo e di identificazione parametrica di PMSM. La prima fase di collaudo ha previsto la verifica del corretto funzionamento di tutti i dispositivi del banco, compresi i motori elettrici, i convertitori elettronici di potenza, le unità di controllo ed i vari sensori e trasduttori. La fase di collaudo ha anche previsto attività di integrazione dei vari componenti al fine di ottenere due azionamenti elettrici distinti e accoppiati meccanicamente. Questa fase è stata preceduta da uno studio dettagliato di tutta la documentazione tecnica dei dispositivi del banco ed ha previsto l’utilizzo di diversa strumentazione di laboratorio tra cui, multimetri palmari digitali, oscilloscopi digitali e sonde di tensione e corrente per testare la corretta comunicazione e il corretto funzionamento dei componenti. Inoltre, questa fase ha previsto attività di programmazione del software di gestione delle unità di controllo. In particolare, queste attività hanno avuto sia lo scopo di abilitare la corretta ricezione dei segnali provenienti dai sensori e trasduttori che la corretta generazione dei segnali di pilotaggio dei convertitori elettronici di potenza al fine di effettuare la modulazione PWM. La seconda fase ha previsto lo sviluppo e implementazione di un algoritmo di controllo completo dei PMSM per effettuare la nota regolazione ad orientamento di campo che garantisce elevata efficienza e prestazioni dinamiche. Successivamente sono state dunque svolte attività di taratura dei regolatori di velocità e corrente dei motori per garantire la stabilità, velocità e precisione della regolazione. Infine, sono state svolte diverse prove per l’identificazione sperimentale dei parametri caratteristici del modello dinamico dei PMSM. Queste prove hanno previsto tanto l’utilizzo di strumentazione dedicata, tra cui generatori di forme d’onda di potenza, misuratori di precisione di resistenza elettrica ed oscilloscopi dotati di sonde di tensione corrente, che l’esecuzione di azioni di controllo dedicate. I risultati dell’identificazione sperimentale costituiranno i valori di riferimento necessari alla validazione di innovativi algoritmi di identificazione parametrica automatici e non invasivi. Il lavoro svolto ha dunque raggiunto l’obiettivo di rendere il banco prova pienamente operativo e pronto per le attività di ricerca e di validazione sperimentale relative al controllo e identificazione parametrica di PMSM.