Caratterizzazione e controllo di motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) per applicazione in ambito navale

Abstract

L’elaborato di tesi si concentra sullo studio dei motori sincroni a magneti permanenti e le loro metodologie di controllo inizialmente da un punto di vista teorico, per passare successivamente a una fase simulativa e infine applicativa in ambito navale. L’attenzione è stata principalmente rivolta ai motori caratterizzati da back EMF di tipo sinusoidale (PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor) nelle due tipologie di costruzione ovvero a magneti superficiali (SPMSM) e a magneti interni (IPMSM). La fase simulativa è stata sviluppata in maniera parallela sui SPMSM e IPMSM e ha previsto la scrittura di due codici Matlab i quali, noti i principali parametri dei motori, hanno permesso di ricavare la relativa caratteristica Coppia-Velocità, compresa la zona di deflussaggio. Successivamente, in ambiente Simulink, sono state implementate le tecniche di controllo di corrente e di velocità di ciascuna tipologia di motore attraverso opportuni regolatori proporzionali integrali. In fase applicativa il focus è stato posto sul motore SPMSM con cui è equipaggiata l’imbarcazione Elettra. Durante le prove è stato validato il modello elaborato in fase sperimentale, permettendo di ottimizzare l’accoppiamento elica-motore e di migliorare quindi la performance dell’imbarcazione per la competizione studentesca Monaco Energy Boat Challenge.

The thesis focuses on the study of permanent magnet synchronous motors and their control methodologies, initially from a theoretical point of view, to move later to a simulation phase and finally applied in the marine field. The focus has been mainly on motors characterized by sinusoidal back EMF (PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor) in two types of construction: surface-mounted magnets (SPMSM) and interior magnets (IPMSM). The simulation phase was developed in parallel on SPMSM and IPMSM and consisted in the writing of two Matlab codes which, given the main parameters of the motors, allowed to derive the relative characteristic Torque-Speed, including the flux weakening zone. Subsequently, in a Simulink environment, the current and speed control techniques of each type of motor were implemented through appropriate integral proportional regulators. The focus in the application phase was on the SPMSM with which the Elettra boat is equipped. During the tests, the model developed in the experimental phase was validated, allowing to optimize the coupling between propeller and motor to improve the performance of the boat for the student competition Monaco Energy Boat Challenge.