MOTORI ELETTRICI ARGOMENTI MOTORI ELETTRICI Argomenti sui motori

MOTORI ELETTRICI ARGOMENTI MOTORI ELETTRICI

Argomenti sui motori elettrici: Principio di funzionamento dei motori elettrici: Funzionamento di un motore in corrente continua Motore sincrono Motore asincrono Motore in corrente continua: Introduzione GLOSSARIO Motore in corrente continua Generazione del campo magnetico statore e tipi di motori a magnete permanente in corrente continua Motore brushless Caratteristiche statiche e dinamiche di un motore in corrente continua Glossario dei termini più usati nei motori elettrici MOTORI ELETTRICI Ricerche di approfondimento INTRODUZIONE INDICE

Introduzione: GLOSSARIO L'elemento che deve attuare il comando è detto attuatore L'attuatore lo possiamo vedere come trasduttore perché trasforma una determinata forma di energia con una forma d'energia diversa ARGOMENTI SUI MOTORI ELETTRICI INTRO. MOTORI ELETTRICI INDICE

Introduzione al funzionamento dei motori elettrici: GLOSSARIO Fenomeni legati alla presenza di campi magnetici: Un conduttore rettilineo percorso da corrente, immerso in un campo magnetico, è soggetto a una forza il cui valore dipende dal valore della corrente che circola nel filo, dal valore dell'induzione magnetica che lo interessa e dalla lunghezza del filo. Si possono determinare tramite la regola della mano sinistra Se una spira si muove in un campo magnetico, ai suoi capi nasce una forza elettromotrice indotta che è proporzionale alla velocità con cui le linee di forza vengono tagliate INTRODUZIONE REGOLA DELLA MANO SINISTRA INDICE

Regola della mano sinistra: GLOSSARIO IN. FUNZION. MOTORI ELETTRICI SPIRA IN UN CAMPO MAGNETICO INDICE

Spira immersa in un campo magnetico: REGOLA DELLA MANO SINISTRA COPPIA INDOTTA PER LA CORRENTE INDICE GLOSSARIO

Circuito motore elettrico con coppia indotta al passaggio della corrente: GLOSSARIO SPIRA IN UN CAMPO MAGNETICO FUNZIONAMENTO MOTORE ELETT. INDICE

Funzionamento di un motore in corrente continua: GLOSSARIO La parte fissa è lo statore, in cui è generato un campo magnetico Il rotore, o armatura, che ruota all'interno dello statore Alle estremità di ogni spira ha un collettore solidale con le spire, realizzato con quattro settori conduttivi, separati tra loro da materiale isolante Due spazzole di grafite sono pressate da una molla sul collettore per avere un contatto elettrico; le spazzole sono fisse quindi strisciano soltanto sul collettore e alle spazzole sono connessi terminali per l'alimentazione delle spire COPPIA INDOTTA PER LA CORRENTE STATORE E ROTORE MOTORE CONT. INDICE

Statore e rotore di un motore in corrente continua: GLOSSARIO FUNZIONAMENTO MOTORE ELETT. MOTORE SINCRONO INDICE

Motore sincrono: GLOSSARIO Un motore realizzato utilizzando la rotazione del campo magnetico è detto motore sincrono poiché esiste sincronismo tra la velocità angolare con cui ruota il campo magnetico e la velocità dell'asse del motore MOTORE SINCRONO ROTORE MOTORE SINCRONO INDICE

Rotore in un motore sincrono: GLOSSARIO Non è realizzato utilizzando conduttori attivi, ma per mezzo di espansioni polari eccitati da appositi avvolgimenti Le espansioni polari del rotore derivano dall'interazione tra due campi magnetici diversi, uno generato dallo statore e l'altro dal rotore MOTORE SINCRONO STRUTTURA MOTORE SINCRONO INDICE

Struttura di un motore sincrono a singola fase e due coppie polari di rotore: GLOSSARIO ROTORE MOTORE SINCRONO SEZIONI TRASVERSALI MOTORE SINCR. INDICE

Sezioni trasversali dei rotori di motori sincroni a magneti permanenti: GLOSSARIO STRUTTURA MOTORE SINCRONO PERCORSI FLUSSO MAGNETICO SUP. INDICE

Percorsi del flusso magnetico secondo gli assi diretto ed in quadratura di rotore in una macchina sincrona a magneti permanenti superficiali: GLOSSARIO SEZIONI TRASVERSALI MOTORE SINCR. PERCORSI FLUSSO MAGNETICO INT. INDICE

Percorsi del flusso magnetico secondo gli assi diretto ed in quadratura di rotore in una macchina sincrona a magneti permanenti interni o annegati: GLOSSARIO PERCORSI FLUSSO MAGNETICO SUP. VELOCITA' MOTORE SINCRONO INDICE

Velocità del motore sincrono: GLOSSARIO V. M. S: n=(f*60)/p [rpm]; n=numero di giri al minuto f=frequenza della corrente che genera il campo rotante p=numero di coppie polari che generano il campo rotante PERCORSI FLUSSO MAGNETICO INT. CONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONO INDICE

Considerazioni finali sul motore sincrono: GLOSSARIO La coppia motrice in un motore sincrono risulta continua solo se il rotore è sincrono con il campo magnetico rotante, cioè se ruota alla stessa velocità del campo rotante La caratteristica principale del motore sincrono è quella di ruotare esattamente alla stessa velocità del campo rotante generato dallo statore, quindi tale motore non è autoavviante In un motore sincrono la velocità è costante e non dipende dal valore del carico a cui è soggetto il motore VELOCITA' MOTORE SINCRONO MOTORE ASINCRONO INDICE

Motore asincrono o a induzione: GLOSSARIO È molto simile al motore sincrono, ma può fare a meno dell'alimentazione esterna delle spire di rotore É autoavviante Gli elementi attivi nel rotore sono i conduttori paralleli alle espansioni polari dello statore CONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONO PRINCIPI MOTORE ASINCRONO INDICE

Principio di funzionamento di un motore asincrono: GLOSSARIO La rotazione del flusso Φ genera una tensione indotta nella spira La conseguente corrente genera l'interazione con il campo magnetico e la coppia MOTORE ASINCRONO VELOCITA' MOTORE ASINCRONO INDICE

Velocità del motore asincrono: GLOSSARIO V. M. A: s=(n 1 -n 2)/n 1; s=scorrimento, cioè la frazione di giro che il rotore perde per ciascun giro rispetto al campo n 1=velocità del campo n 2=velocità del rotore n 1 -n 2=velocità di scorrimento PRINCIPI MOTORE ASINCRONO CONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONO INDICE

Considerazioni finali sul motore asincrono: GLOSSARIO In un motore asincrono la coppia è direttamente proporzionale alla differenza tra le velocità angolari del campo magnetico e del rotore Il motore asincrono può autoavviarsi perché nella fase di avviamento la coppia ha un valore diverso da zero Il campo magnetico rotante può essere generato con una singola fase o con un sistema trifase In un motore asincrono la velocità non è costante, ma dipende dal valore del carico applicato VELOCITA' MOTORE ASINCRONO MOTORI IN CORRENTE CONTINUA INDICE

Motori in corrente continua: GLOSSARIO Sono dispositivi in grado di variare la propria velocità in funzione di una grandezza di comando Hanno un valore rilevante di coppia di spunto e possono sopportare sovraccarichi anche notevoli È una macchina reversibile, cioè può funzionare anche come generatore di tensione continua CONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONO USO MOTORI CONTINUI INDICE

Dove vengono usati i motori in corrente continua: GLOSSARIO Molto usati anche se continue manutenzioni e costi più elevati rispetto ai motori in corrente alternata Usati soprattutto nelle applicazioni in cui è necessario variare continuità la velocità del motore in un campo esteso di valori Usati soprattutto nei servomotori, motori che devono essere in grado di rispondere con notevole prontezza a un comando fornito loro in ingresso I servomotori sono leggeri, con basso momento d'inerzia e bassa riluttanza di armatura e sono in grado quindi di rispondere velocemente e modificare, una volta comandati, la velocità e la posizione dell'asse del servomotore MOTORI IN CORRENTE CONTINUA VELOCITA' DI RISPOSTA INDICE

Velocità di risposta o prontezza del motore in corrente continua: GLOSSARIO La velocità di risposta o prontezza è una caratteristica dinamica del sistema e dipende dagli elementi che nel sistema sono in grado di immagazzinare energia Nel motore esistono due elementi in grado di immagazzinare energia: l'induttanza della spira di armatura (rotore) e la massa del rotore con il suo momento d'inerzia USO MOTORI CONTINUI GENERAZIONE CAMPO MAGENTICO DI STATORE INDICE

Generazione del campo magnetico di statore: GLOSSARIO A seconda della tecnologia usata per generare il campo magnetico di statore, i motori in corrente continua sono: Motori a magnete permanente o PM (Permanent Magnet) Motori a controllo di campo VELOCITA' DI RISPOSTA MOTORI PM INDICE

Motori a magnete permanente o PM: GLOSSARIO Il campo magnetico di statore è generato da un magnete permanente GENERAZIONE CAMPO MAGNETICO DI STATOTRE TIPI MOTORI PM INDICE

Tipi di motore a magnete permanente in corrente continua: GLOSSARIO A seconda della tecnologia usata per realizzare l'avvolgimento di rotore esistono tre tipi di motori a magnete permanente: MOTORI PM Iron-core Surface-wound Moving- coil o core-less IRON-CORE INDICE

Iron-core: GLOSSARIO I conduttori attivi di rotori sono alloggiati all'interno di cave Il magnete permanente è realizzato utilizzando una lega di bario e ferrite oppure una lega di alluminio, nichel, cobalto e ferro (Al. Ni. Co) o ancora, un insieme di terre rare I motori realizzati con questa struttura sono molto affidabili ed economici, ma presentano un elevato momento di inerzia del rotore e un elevato valore dell'induttanza di armatura Presenta il fenomeno del cogging, causato dal riscaldamento del sistema che innesca un'oscillazione continua della velocità angolare del sistema TIPI MOTORI PM MOTORE IRON-CORE INDICE

Motore a magnete permanente ironcore: GLOSSARIO IRON-CORE SURFACE-WOUND INDICE

Surface-wound: GLOSSARIO I conduttori attivi sono collocati sulla superficie esterna del rotore e fissati in piccole scanalature (wound) Grazie alla sua struttura siamo in grado di ottenere valori del momento di inerzia e dell'induttanza di armatura minori rispetto ai motori iron-core e non presenta il fenomeno di cogging MOTORE IRON-CORE MOTORE SURFACE-WOUND INDICE

Motore a magnete permanente surface-wound: GLOSSARIO SURFACE-WOUND MOVING-COIL INDICE

Moving- coil o core-less: GLOSSARIO Il rotore è costituito dall'insieme dei conduttori attivi, sostenuti da un supporto cilindrico in vetro epoxy che ne migliora le caratteristiche di resistenza meccaniche Il nucleo di materiale ferro-magnetico che chiude il circuito magnetico è solidale con lo statore e non ruota, quindi ha valori molto piccoli di momento d'inerzia del rotore Le caratteristiche magnetiche del rotore consentono valori molto piccoli per l'induttanza di armatura MOTORE SURFACE-WOUND MOTORE MOVING-COIL INDICE

Motore a magnete permanente moving-coil: GLOSSARIO MOVING-COIL MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA INDICE

Miglioramenti fatti grazie alla ricerca: GLOSSARIO Sostituzione dei magneti di statore in Al. Ni. Co con quelli in samarium-cobalto Sostituzione dei conduttori di rame del rotore conduttori di alluminio MOTORE MOVING-COIL CONSEGUENZE MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA INDICE

Conseguenze ai miglioramenti fatti grazie alla ricerca: GLOSSARIO Miglioramento delle caratteristiche meccaniche e magnetiche del motore Valori molto bassi della costante di tempo meccanica Accelerazioni di valore molto maggiore rispetto ai motori a magnete permanente di altro tipo Elevati valori di rendimento e di coppia A parità di coppia, un ridotto spessore, che consente di costruire motori per circuiti stampati MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA MOTORI A CONTROLLO DI CAMPO INDICE

Motori a controllo di campo: GLOSSARIO Il campo magnetico di statore è generato da un avvolgimento alloggiato in apposite cave dello statore, in cui viene fatta passare la corrente di eccitazione CONSEGUENZE MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA COLLEGAMENTI DELLA BOBINA INDICE

Tipi di collegamenti della bobina di eccitazione nei motori a controllo di campo: GLOSSARIO In serie al circuito di armatura e alimentata quindi dalla stessa corrente di armatura In parallelo al circuito di armatura e quindi essere interessata dalla stessa tensione di armatura In parte in serie e in parte in parallelo MOTORI A CONTROLLO DI CAMPO COLLEGAMENTO SERIE INDICE

Collegamento in serie al circuito di armatura: GLOSSARIO Vantaggi: Coppia di spunto maggiore Velocità a vuoto più elevata Svantaggi: Se non connessa correttamente può provocare danni al sistema COLLEGAMENTI DELLA BOBINA COLLEGAMENTO PARALLELO INDICE

Collegamento in parallelo al circuito di armatura: GLOSSARIO Vantaggi: Caratteristica velocità-corrente di armatura lineare Svantaggi: Valori minori di coppia e di velocità COLLEGAMENTO SERIE COLLEGAMENTO SIA PARTE SERIE CHE PARALLELO INDICE

Collegamento in parte in serie e in parte in parallelo: GLOSSARIO Vantaggi da tutti e due i tipi di connessione COLLEGAMENTO PARALLELO MOTORE BRUSHLESS INDICE

Motore brushless: GLOSSARIO Per questo tipo di motore si utilizza una tecnologia costruttiva in grado di eliminare il gruppo collettore/spazzole perché il magnete permanente non deve essere alimentato da una sorgente esterna Sono usati come servomotori COLLEGAMENTO SIA PARTE SERIE CHE PARALLLO SCHEMA MOTORE BRUSHLESS INDICE

Schema di principio di un motore in corrente continua brushless: GLOSSARIO MOTORE BRUSHLESS SPIEGAZIONI MOTORE BRUSHLESS INDICE

Spiegazioni sul motore brushless: L'inversione della corrente nei conduttori attivi è affidata a un commutatore elettronico GLOSSARIO Tramite dei sensori posti nel motore siamo in grado di sapere la posizione dell'asse I conduttori attivi sono divisi in tre serie, con angolo di 120° tra loro, e alloggiati in apposite cave ricavate nello statore Il commutatore è pilotato da una logica di controllo che elabora segnali dei sensori di posizione e genera comandi per attivare i transistori La diversa disposizione dell'avvolgimento fa sì che il motore brushless abbia minore resistenza termica verso l'esterno rispetto altri motori in corrente continua SCHEMA MOTORE BRUSHLESS CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE INDICE

Caratteristiche statiche e dinamiche di un motore in corrente continua: La condizione di regime di un motore è quella in cui la velocità angolare dell'asse è costante e corrisponde alla grandezza di comando di ingresso GLOSSARIO Le caratteristiche di funzionamento del motore rilevate nella condizione di regime costituiscono le caratteristiche statiche del motore Nel caso in cui si operi sulla grandezza di comando del motore variandola, il motore modifica la propria condizione di funzionamento di regime, portandosi, dopo un determinato transitorio, in una condizione di regime diversa dalla precedente e determinata dal valore della variazione della grandezza di comando Le caratteristiche di funzionamento del motore rilevato in tale transitorio costituiscono le caratteristiche dinamiche del motore SPIEGAZIONI MOTORE BRUSHLESS 1)GLOSSARIO INDICE

1)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: Attuatore: Componente che attua un'azione di comando; gli attuatori più comuni sono i motori Statore: Parte del motore che non ruota Rotore: Parte del motore che ruota; è indicato anche con il termine di armatura Commutatore: Insieme formato dal collettore e dalle spazzole, che alimenta il circuito di armatura di un motore in continua e che consente alla coppia generata sui conduttori attivi di non invertire il suo segno in corrispondenza del punto morto Velocità di scorrimento: In un motore asincrono è la differenza tra le velocità del campo magnetico rotante e la velocità del rotore Scorrimento: Frazione di angolo giro che il rotore perde rispetto al campo rotante in ciascun giro CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE 2)GLOSSARIO INDICE

2)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO Cogging: Condizione di funzionamento del motore in cui la velocità angolare non risulta uniforme, ma subisce variazioni; il fenomeno è determinato dal riscaldamento dell'avvolgimento di armatura dovuto al campo magnetico ed è evidente a basse velocità Iron-core, surface-wound e core-less: Tecnologie diverse utilizzate per la realizzazione dell'armatura di un motore in continua a magnete permanente (PM) Costante di macchina: Nei motori in continua di tipo PM è il valore che assume sia la costante elettrica sia la costante meccanica del motore 1)GLOSSARIO 3)GLOSSARIO INDICE

3)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO Coppia di stallo: Coppia presente sull'asse del motore, quando l'asse è bloccato Coppia di stazionamento (coppia di spunto): Coppia che deve essere fornita all'asse del motore perché possa iniziare a ruotare; è pari all'attrito statico Rigidità del motore: Parametro del motore in continua che descrive l'entità della variazione della velocità determinata da una variazione del carico 2)GLOSSARIO 4)GLOSSARIO INDICE

4)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO Motore in continua: Motore alimentato in continua che realizza la continuità della coppia sull'asse per mezzo di un commutatore Motore sincrono: Motore alimentato in alternata che realizza la continuità della coppia sull'asse generando un campo magnetico di statore rotante. La velocità di rotazione dell'asse è sincrona con la velocità angolare del campo rotante generato e non dipende dal valore del carico. Non può autoavviarsi Motore asincrono o a induzione: Motore alimentato in alternata che realizza la continuità della coppia sull'asse per mezzo di un campo magnetico di statore rotante; a differenza del motore sincrono, la coppia che agisce sull'asse è funzione dello scorrimento e la velocità angolare dell'asse dipende dal valore del carico. Può autoavviarsi Motore brushless: Motore in continua che utilizza un inverter elettronico per invertire il verso della corrente nei conduttori attivi; i conduttori attivi sono alloggiati nello statore 3)GLOSSARIO RICERCHE DI APPROFONDIMENTO INDICE

Ricerche di approfondimento sui motori elettrici: GLOSSARIO Motore in corrente continua 1 Motore in corrente continua 2 Motore in corrente continua 3 Motore in corrente continua 4 Motore in corrente continua 5 (Wikipedia) Motore in corrente continua con potenza media Motori a magneti permanenti Motore sincrono a magneti permanenti 4)GLOSSARIO FINE PRESENTAZIONE INDICE

Realizzazione della presentazione sui motori elettrici: GLOSSARIO Autori: Bego Dias Rafael Judy e Ucci Matteo Classe: 5°B Elettronica Scuola: ITIS Lanciano (CH) RICERCHE DI APPROFONDIMENTO INDICE DALL'INIZIO