Diapositiva 1 - IHMC Public Cmaps

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:


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
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=(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

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 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

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:

Iron-core

Surface-wound

Moving- coil o core-less

MOTORI PM
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 (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

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 AlNiCo con
quelli in samarium-cobalto
Sostituzione dei conduttori di rame del rotore con
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
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