Back EMF Test
Quando un avvolgimento è soggetto a un campo magnetico variabile nel tempo, si genera una tensione indotta; la corrente risultante produce a sua volta un campo magnetico che si oppone alla variazione del campo che l’ha originata.
Nel caso di un motore a magneti permanenti, l’alimentazione degli avvolgimenti dello statore genera un campo magnetico che interagisce con i magneti del rotore, producendo una coppia motrice e causando la rotazione del rotore stesso. Tuttavia, poiché il rotore è dotato di magneti permanenti, la sua rotazione genera un campo magnetico variabile che attraversa gli avvolgimenti dello statore, inducendo in essi una tensione opposta alla tensione di alimentazione. Questo fenomeno è noto come forza contro-elettromotrice (Back EMF, o BEFM), la cui ampiezza è proporzionale alla velocità di rotazione del motore.
Il test della Back EMF in linea di produzione è una fase cruciale del controllo qualità nei motori elettrici, in particolare nei motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Poiché la BEMF è direttamente proporzionale all'intensità del campo magnetico generato dai magneti del rotore, qualsiasi anomalia, come un magnete danneggiato, parzialmente smagnetizzato o mancante, comporta una riduzione della BEMF rispetto al valore atteso. Questo segnala un'anomalia che compromette le prestazioni del motore.
In funzione della fase del processo produttivo in cui si desidera eseguire il test di BEMF, Marposs è in grado di offrire diverse soluzioni, adattandole alle specifiche esigenze di controllo e verifica del componente.
TEST ESEGUITO A FINE LINEA DI ASSEMBLAGGIO ROTORE
In questa fase del processo, il rotore non è ancora stato accoppiato allo statore. Pertanto, per eseguire il test, il banco di prova deve integrare uno statore campione come parte dell’attrezzatura di test, sui cui terminali verranno acquisiti i segnali di tensione indotta per l’analisi della Back EMF.
Un aspetto fondamentale è la struttura meccanica del banco di prova, che deve garantire un allineamento preciso tra rotore e statore sia durante le operazioni di carico e scarico sia nel corso del test. La robustezza e l’accuratezza di questo sistema di allineamento sono essenziali per assicurare risultati affidabili e riproducibili, soprattutto nei motori di grandi dimensioni, come quelli impiegati nella trazione dei veicoli elettrici.
TEST ESEGUITO SU MOTORE COMPLETO
Il test di Back EMF può essere eseguito anche sul motore completamente assemblato, nella sua configurazione finale, con rotore e statore già montati e installati.
Questa configurazione consente di eseguire due metodi di test distinti sul motore:
- Back EMF Standard: il motore sotto test non è alimentato ed è posto in rotazione tramite accoppiamento meccanico con un adeguato freno attivo che lo trascina.
- Back EMF Dinamica: il motore sotto test è alimentato e fatto girare a vuoto (senza applicare un carico esterno)
Un vantaggio significativo del test di BEMF su motore completo è che consente di eseguire una valutazione finale delle prestazioni del motore, garantendo che tutte le componenti, sia elettriche che meccaniche, siano perfettamente integrate e funzionanti.
ANALISI DI DETTAGLIO SUI DIFETTI DI MAGNETIZZAZIONE
È importante sottolineare come il test di BEMF fornisca utilissime indicazioni di tipo funzionale sui possibili difetti di magnetizzazione, ma che potrebbe non essere in grado di effettuare un'analisi di dettaglio sulle difettosità locali e sulle relative cause, necessarie invece se si vuole retroagire sul processo stesso.
A questo scopo potrebbe essere raccomandabile utilizzare, a fine linea di produzione del rotore, uno strumento di mappatura del campo magnetico tramite sensore di hall, integrato all'interno di un misuratore dimensionale come OQL (OptoQuick).
Dopo aver verificato la correttezza del profilo del campo magnetico sul motore a fine linea tramite una misura diretta, è possibile procedere con il test funzionale di Back EMF sul rotore, riducendo al minimo il rischio di dover disassemblare rotori difettosi.
Il test di Back EMF su un motore completo può essere eseguito principalmente in due modi:
1.Back EMF standard
Si tratta del metodo di test standard tradizionalmente adottato, in cui il motore in prova rimane disalimentato e viene messo in rotazione attraverso un accoppiamento meccanico con un freno attivo (Active Brake).
Una volta che il motore da testare è trascinato fino a raggiungere la velocità desiderata, le tre tensioni fase-fase vengono campionate mentre il motore mantiene una velocità costante. Su ciascuno dei tre segnali acquisiti vengono eseguite le seguenti analisi:
- Valore RMS (Root Mean Square)
- Ampiezza massima picco-picco
- Analisi spettrale tramite FFT (Fast Fourier Transform)
- Distorsione Armonica Totale (THD - Total Harmonic Distortion)
- Analisi del segnale di Ripple sui tre segnali simultaneamente
Un banco prova con freno attivo, abbinato al sistema AMT320/W, può essere impiegato in produzione per eseguire in sequenza automatica altri test oltre al BEMF, tra cui Friction Test, Cogging/Torque Ripple Test, Torque test, etc..
In alternativa, in ambito R&D, il banco può essere utilizzato in combinazione con il sistema ATC320/W per effettuare test di caratterizzazione del motore, garantendo un'analisi approfondita delle sue prestazioni.
2.Back EMF Dinamica
Per i casi in cui il freno attivo non è necessario per l'esecuzione di altri test, Marposs ha sviluppato un metodo specifico che consente di acquisire i segnali di BEMF alimentando direttamente il motore in prova.
Il motore viene portato alla velocità target tramite l'inverter e, una volta raggiunta, il sistema attende un intervallo di tempo configurabile prima di scollegare in automatico l'inverter. Durante la successiva fase di decelerazione del motore, vengono campionate le tre tensioni indotte fase-fase.
Il principale vantaggio di questo tipo di test è l'eliminazione del freno attivo, che semplifica il banco di prova e ne riduce i costi.
Marposs è in grado di fornire soluzioni di test per entrambi i metodi, sia in caso di applicazioni in linea con elevato grado di automazione, sia in caso di banchi per laboratorio o piccole produzioni caratterizzati da basso grado di automazione o completamente manuali.
