MOTORI ELETTRICI

ARGOMENTI MOTORI ELETTRICI

Argomenti sui motori elettrici: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

INDICEINTRODUZIONEMOTORI ELETTRICI

GLOSSARIO

Introduzione:

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

INDICEINTRO. MOTORI ELETTRICIARGOMENTI SUI MOTORI ELETTRICI

GLOSSARIO

Introduzione al funzionamento dei motori elettrici:

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

INDICEREGOLA DELLA MANO SINISTRAINTRODUZIONE

GLOSSARIO

Regola della mano sinistra:

INDICESPIRA IN UN CAMPO MAGNETICOIN. FUNZION. MOTORI ELETTRICI

GLOSSARIO

Spira immersa in un campo magnetico:

INDICECOPPIA INDOTTA PER LA CORRENTEREGOLA DELLA MANO SINISTRA

GLOSSARIO

Circuito motore elettrico con coppia indotta al passaggio della corrente:

INDICEFUNZIONAMENTO MOTORE ELETT.SPIRA IN UN CAMPO MAGNETICO

GLOSSARIO

Funzionamento di un motore in corrente continua:

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

INDICESTATORE E ROTORE MOTORE CONT.COPPIA INDOTTA PER LA CORRENTE

GLOSSARIO

Statore e rotore di un motore in corrente continua:

GLOSSARIO

INDICEMOTORE SINCRONOFUNZIONAMENTO MOTORE ELETT.

Motore sincrono:

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

GLOSSARIO

INDICEROTORE MOTORE SINCRONOMOTORE SINCRONO

Rotore in un motore sincrono:

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

GLOSSARIO

INDICESTRUTTURA MOTORE SINCRONOMOTORE SINCRONO

Struttura di un motore sincrono a singola fase e due coppie polari di rotore:

GLOSSARIO

INDICESEZIONI TRASVERSALI MOTORE SINCR.ROTORE MOTORE SINCRONO

Sezioni trasversali dei rotori di motori sincroni a magneti permanenti:

GLOSSARIO

INDICEPERCORSI FLUSSO MAGNETICO SUP.STRUTTURA MOTORE SINCRONO

Percorsi del flusso magnetico secondo gli assi diretto ed in quadratura di rotore in una

macchina sincrona a magneti permanenti superficiali:

GLOSSARIO

INDICEPERCORSI FLUSSO MAGNETICO INT.SEZIONI TRASVERSALI MOTORE SINCR.

Percorsi del flusso magnetico secondo gli assi diretto ed in quadratura di rotore in una

macchina sincrona a magneti permanenti interni o annegati:

GLOSSARIO

INDICEVELOCITA' MOTORE SINCRONOPERCORSI FLUSSO MAGNETICO SUP.

Velocità del motore sincrono:

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

GLOSSARIO

INDICECONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONOPERCORSI FLUSSO MAGNETICO INT.

Considerazioni finali sul motore sincrono:

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

GLOSSARIO

INDICEMOTORE ASINCRONOVELOCITA' MOTORE SINCRONO

Motore asincrono o a induzione:

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

GLOSSARIO

INDICEPRINCIPI MOTORE ASINCRONOCONSIDERAZIONI MOTORE SINCRONO

Principio di funzionamento di un motore asincrono:

La rotazione del flusso Φ genera una tensione indotta nella spira

La conseguente corrente genera l'interazione con il campo magnetico e la

coppia

GLOSSARIO

INDICEVELOCITA' MOTORE ASINCRONOMOTORE ASINCRONO

Velocità del motore asincrono:

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

GLOSSARIO

INDICECONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONOPRINCIPI MOTORE ASINCRONO

Considerazioni finali sul motore asincrono:

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

GLOSSARIO

INDICEMOTORI IN CORRENTE CONTINUAVELOCITA' MOTORE ASINCRONO

Motori in corrente continua: 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

GLOSSARIO

INDICEUSO MOTORI CONTINUICONSIDERAZIONI MOTORE ASINCRONO

Dove vengono usati i motori in corrente continua:

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

GLOSSARIO

INDICEVELOCITA' DI RISPOSTAMOTORI IN CORRENTE CONTINUA

Velocità di risposta o prontezza del motore in corrente continua:

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

GLOSSARIO

INDICEGENERAZIONE CAMPO MAGENTICO DI STATOREUSO MOTORI CONTINUI

Generazione del campo magnetico di statore:

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

GLOSSARIO

INDICEMOTORI PMVELOCITA' DI RISPOSTA

Motori a magnete permanente o PM:

Il campo magnetico di statore è generato da un magnete permanente

GLOSSARIO

INDICETIPI MOTORI PMGENERAZIONE CAMPO MAGNETICO DI STATOTRE

Tipi di motore a magnete permanente in corrente continua:

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

GLOSSARIO

INDICEIRON-COREMOTORI PM

Iron-core: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

GLOSSARIO

INDICEMOTORE IRON-CORE TIPI MOTORI PM

Motore a magnete permanente iron-core:

GLOSSARIO

INDICESURFACE-WOUNDIRON-CORE

Surface-wound:

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

GLOSSARIO

INDICEMOTORE SURFACE-WOUNDMOTORE IRON-CORE

Motore a magnete permanente surface-wound:

GLOSSARIO

INDICEMOVING-COILSURFACE-WOUND

Moving- coil o core-less: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

GLOSSARIO

INDICEMOTORE MOVING-COILMOTORE SURFACE-WOUND

Motore a magnete permanente moving-coil:

GLOSSARIO

INDICEMIGLIORAMENTI DELLA RICERCAMOVING-COIL

Miglioramenti fatti grazie alla ricerca:

Sostituzione dei magneti di statore in AlNiCo con quelli in samarium-cobalto

Sostituzione dei conduttori di rame del rotore con conduttori di alluminio

GLOSSARIO

INDICECONSEGUENZE MIGLIORAMENTI DELLA RICERCAMOTORE MOVING-COIL

Conseguenze ai miglioramenti fatti grazie alla ricerca:

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

GLOSSARIO

INDICEMOTORI A CONTROLLO DI CAMPOMIGLIORAMENTI DELLA RICERCA

Motori a controllo di campo:

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

GLOSSARIO

INDICECOLLEGAMENTI DELLA BOBINACONSEGUENZE MIGLIORAMENTI DELLA RICERCA

Tipi di collegamenti della bobina di eccitazione nei motori a controllo di

campo:

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

GLOSSARIO

INDICECOLLEGAMENTO SERIEMOTORI A CONTROLLO DI CAMPO

Collegamento in serie al circuito di armatura:

Vantaggi:

Coppia di spunto maggiore

Velocità a vuoto più elevata

Svantaggi:

Se non connessa correttamente può provocare danni al sistema

GLOSSARIO

INDICECOLLEGAMENTO PARALLELOCOLLEGAMENTI DELLA BOBINA

Collegamento in parallelo al circuito di armatura:

Vantaggi:

Caratteristica velocità-corrente di armatura lineare

Svantaggi:

Valori minori di coppia e di velocità

GLOSSARIO

INDICECOLLEGAMENTO SIA PARTE SERIE CHE PARALLELOCOLLEGAMENTO SERIE

Collegamento in parte in serie e in parte in parallelo:

Vantaggi da tutti e due i tipi di connessione

GLOSSARIO

INDICEMOTORE BRUSHLESSCOLLEGAMENTO PARALLELO

Motore brushless:

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

GLOSSARIO

INDICESCHEMA MOTORE BRUSHLESSCOLLEGAMENTO SIA PARTE SERIE CHE PARALLLO

Schema di principio di un motore in corrente continua brushless:

GLOSSARIO

INDICESPIEGAZIONI MOTORE BRUSHLESSMOTORE BRUSHLESS

Spiegazioni sul motore brushless: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

GLOSSARIO

INDICECARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHESCHEMA MOTORE BRUSHLESS

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

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

GLOSSARIO

INDICE1)GLOSSARIOSPIEGAZIONI MOTORE BRUSHLESS

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

INDICE2)GLOSSARIOCARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE

2)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici:

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

GLOSSARIO

INDICE3)GLOSSARIO1)GLOSSARIO

3)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici:

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

GLOSSARIO

INDICE4)GLOSSARIO2)GLOSSARIO

4)Glossario dei termini specifici sui motori elettrici:

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

GLOSSARIO

INDICE3)GLOSSARIO

Realizzazione della presentazione sui motori elettrici:

Autori: Bego Dias Rafael Judy e Ucci Matteo

Classe: 5°B Elettronica

Scuola: ITIS Lanciano (CH)

GLOSSARIO

INDICERICERCHE DI APPROFONDIMENTO DALL'INIZIO