MOTORI ELETTRICI

1. MOTORI ELETTRICI ARGOMENTI MOTORI ELETTRICI

2. Principio di funzionamento dei motori elettrici: Introduzione Funzionamento di un motore in corrente continua Motore sincrono Motore asincrono Motore in corrente continua: 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 Argomenti sui motori elettrici: GLOSSARIO MOTORI ELETTRICI INTRODUZIONE INDICE

3. 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

4. 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 al funzionamento dei motori elettrici: GLOSSARIO INTRODUZIONE REGOLA DELLA MANO SINISTRA INDICE

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

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

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

8. 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 Funzionamento di un motore in corrente continua: GLOSSARIO COPPIA INDOTTA PER LA CORRENTE STATORE E ROTORE MOTORE CONT. INDICE

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

10. 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: GLOSSARIO MOTORE SINCRONO ROTORE MOTORE SINCRONO INDICE

11. 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 Rotore in un motore sincrono: GLOSSARIO MOTORE SINCRONO STRUTTURA MOTORE SINCRONO INDICE

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

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

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

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

16. 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 Velocità del motore sincrono: GLOSSARIO PERCORSI FLUSSO MAGNETICO INT. CONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONO INDICE

17. 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 Considerazioni finali sul motore sincrono: GLOSSARIO VELOCITA' MOTORE SINCRONO MOTORE ASINCRONO INDICE

18. 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 Motore asincrono o a induzione: GLOSSARIO CONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONO PRINCIPI MOTORE ASINCRONO INDICE

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

20. V.M.A:s=(n1-n2)/n1; s=scorrimento, cioè la frazione di giro che il rotore perde per ciascun giro rispetto al campo n1=velocità del campo n2=velocità del rotore n1-n2=velocità di scorrimento Velocità del motore asincrono: GLOSSARIO PRINCIPI MOTORE ASINCRONO CONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONO INDICE

21. 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 Considerazioni finali sul motore asincrono: GLOSSARIO VELOCITA' MOTORE ASINCRONO MOTORI IN CORRENTE CONTINUA INDICE

22. 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 Motori in corrente continua: GLOSSARIO CONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONO USO MOTORI CONTINUI INDICE

23. Molto usati anche se con continue manutenzioni e costi più elevati rispetto ai motori in corrente alternata Usati soprattutto nelle applicazioni in cui è necessario variare con 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 Dove vengono usati i motori in corrente continua: GLOSSARIO MOTORI IN CORRENTE CONTINUA VELOCITA' DI RISPOSTA INDICE

24. 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 Velocità di risposta o prontezza del motore in corrente continua: GLOSSARIO USO MOTORI CONTINUI GENERAZIONE CAMPO MAGENTICO DI STATORE INDICE

25. 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 Generazione del campo magnetico di statore: GLOSSARIO VELOCITA' DI RISPOSTA MOTORI PM INDICE

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

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

28. 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 (AlNiCo) 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 Iron-core: GLOSSARIO TIPI MOTORI PM MOTORE IRON-CORE INDICE

29. Motore a magnete permanente iron-core: GLOSSARIO IRON-CORE SURFACE-WOUND INDICE

30. 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 Surface-wound: GLOSSARIO MOTORE IRON-CORE MOTORE SURFACE-WOUND INDICE

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

32. 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 Moving- coil o core-less: GLOSSARIO MOTORE SURFACE-WOUND MOTORE MOVING-COIL INDICE

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

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

35. 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 Conseguenze ai miglioramenti fatti grazie alla ricerca: GLOSSARIO MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA MOTORI A CONTROLLO DI CAMPO INDICE

36. 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 Motori a controllo di campo: GLOSSARIO CONSEGUENZE MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA COLLEGAMENTI DELLA BOBINA INDICE

37. 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 Tipi di collegamenti della bobina di eccitazione nei motori a controllo di campo: GLOSSARIO MOTORI A CONTROLLO DI CAMPO COLLEGAMENTO SERIE INDICE

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

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

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

41. 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 Motore brushless: GLOSSARIO COLLEGAMENTO SIA PARTE SERIE CHE PARALLLO SCHEMA MOTORE BRUSHLESS INDICE

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

43. L'inversione della corrente nei conduttori attivi è affidata a un commutatore elettronico 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 Spiegazioni sul motore brushless: GLOSSARIO SCHEMA MOTORE BRUSHLESS CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE INDICE

44. 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 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 Caratteristiche statiche e dinamiche di un motore in corrente continua: GLOSSARIO SPIEGAZIONI MOTORE BRUSHLESS 1)GLOSSARIO INDICE

45. 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 1)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE 2)GLOSSARIO INDICE

46. 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 2)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO 1)GLOSSARIO 3)GLOSSARIO INDICE

47. 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 3)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO 2)GLOSSARIO 4)GLOSSARIO INDICE

48. 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 4)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici: GLOSSARIO 3)GLOSSARIO INDICE

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