δl g = δw J + δl p + de em

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1 MOTORI PASSO Il motore psso è un prticolre tipo di motore sincrono: l velocità cui gir il suo rotore inftti è univocmente correlt ll frequenz degli impulsi che sono utilizzti per limentre gli vvolgimenti sullo sttore. Tli motori sono utilizzti generlmente per ppliczioni ss potenz (< kw) dove è richiest un ccurto controllo dell rotzione dell lero o dell su rotzione. Il motore psso è inftti in grdo di rispondere con en definito spostmento ngolre (psso) d un singolo impulso in ingresso. I motori psso possono essere suddivisi in tre ctegorie: Motori psso riluttnz vriile; Motori psso mgnete permnente; Motori psso iridi. MOTORI A RILUTTAZA VARIABILE In queste mcchine, l eccitzione di un coppi polre sttoric gener un forz che tende rendere mssim l energi mgnetic immgzzint. Per comprendere il funzionmento di tle mcchin si fcci riferimento ll figur 1, dove è illustrt un sistem composto d uno sttore su cui è presente un coppi polre eccitt d un vvolgimento, e d un rotore in mterile ferromgnetico dolce. Ricordndo qunto detto nel cpitolo rigurdnte l conversione elettromeccnic dell energi, è possiile scrivere il seguente ilncio energetico per un rotzione infinitesim dα dell rr: δl g = δw J + δl p + de em (1) dove δl g, δw J, δl p, de em sono rispettivmente il lvoro fornito di genertori ttrverso i morsetti, l energi dissipt, il lvoro delle forze ponderomotrici e l vrizione di energi mgnetic nel sistem. ello scrivere tle ilncio, si è supposto che l rr non suisc ccelerzioni durnte lo spostmento. Il lvoro fornito l sistem di genertori nel tempo dt è pri : dφ δ L g = vidt = Ri + idt () dt dove Φ è il flusso conctento ll vvolgimento che eccit le coppie polri sttoriche. Supponendo che il legme tr flusso e corrente si linere Φ =L(α) i è possiile scrivere: di δlg = Ri dt + L dt = Ri dt + 1 Ld i idt + dl dt ( ) + i dl i dt = () Supponendo che l energi dissipt durnte l trsformzione si dovut unicmente ll effetto Joule, è possiile scrivere: δ W J = Ri dt () Figur 1. - Sezione schemtic di un motore riluttnz vriile con un solo vvolgimento di eccitzione.

2 f. ' f. ' f. ' f. f. ' ' ' f. f. ' f. c d Figur. ' Poiché l vrizione di energi elettromgnetic coincide con l vrizione di energi mgnetic del sistem, vle l relzione: d Eem = d E m = d L i L d( i ) i dl = + (5) Inserendo le ()-(5) nell (1) si perviene ll relzione finle per il lvoro compiuto nello spostmento infinitesimo: δ 1 Lp = i dl (6) Dll (6) si desume che l mcchin compie lvoro sull esterno qundo ument il coefficiente di utoinduzione dell vvolgimento di eccitzione. Introducendo l riluttnz del circuito mgnetico R, è possiile scrivere (*) : L = /R d cui: L i δ p = (7) R dr Quindi, in ccordo con qunto detto, qundo vviene un conversione d energi elettric in energi meccnic, l coppi elettromeccnic che si svilupp ruot l srr in modo d diminuire l riluttnz del circuito mgnetico, llinendol sull sse individuto dll coppi polre sttoric. È possiile ricvre tle coppi dll (7): δ Lp = Cpdα = R i dr = Il dispositivo illustrto in figur (1) non è chirmente dtto produrre un moto continuo del rotore, poiché l rr tende stilizzrsi sull posizione riluttnz minim. I motori riluttnz vriile presentno quindi più di un coppi polre sttoric. Generlmente nche sul rotore sono presenti più coppie polri. In tl cso, per consentire il uon funzionmento dell mcchin, il numero delle coppie polri sttoriche deve essere diverso d quello delle coppie polri rotoriche. In figur è illustrto il funzionmento di un motore tre coppie sttoriche e due rotoriche. In figur. i due poli rotorici - ' sono ffcciti i poli sttorici eccitti dell prim fse. L coppi - ' non è invece llinet nessun coppi di sttore. Qundo viene commutt l coppi sttoric polre eccitt ( f.) si origin un coppi che tende minimizzre l riluttnz del nuovo circuito C p R i R d dα (8) (* ) In questo cso, non è possiile clcolre l riluttnz mgnetic utilizzndo l not formul R = L/(µ 0 S), poiché non è più definiile priori l distriuzione delle linee del cmpo di induzione mgnetic. Tuttvi è sempre possiile definire l riluttnz come rpporto tr l forz mgnetomotrice I ssocit d un vvolgimento eccittore ed il flusso d esso conctento. Intuitivmente, l riluttnz rimne quindi un misur di qunto il circuito mgnetico si oppone ll su mgnetizzzione.

3 mgnetico venutosi crere, ruotndo il rotore in senso ntiorrio e llinendo l coppi -' con l coppi sttoric che costituisce l fse (figur.). Successivmente, l eccitzione dell terz coppi polre sttoric produce un rotzione che lline l coppi -' ll coppi (figur.c). Un crtteristic dei motori psso riluttnz vriile è quell di poter relizzre un numero di pssi per giro molto elevto. tle numero può essere vlutto come il prodotto tr le coppie polri sttoriche n ed il numero m di denti rotorici. L mpiezz ngolre del psso, espress in grdi, vle: α p 60 = n m (9) Ad esempio, il motore in figur present quindi 1 pssi/giro ed un ngolo di psso pri 0. I motori riluttnz vriile multistck hnno più settori rotore - sttore (figur ). Ogni settore h lo stesso numero di denti sullo sttore e sul rotore. I denti dello sttore di ogni settore sono llineti, mentre quelli del rotore sono sflsti di un ngolo α p pri 60 /sm, dove s è il numero di settori. In figur viene mostrto un motore multistck tre settori. I tre rotori sono sfsti di un ngolo pri 15. ormlmente, durnte il funzionmento di tli mcchine, solo uno dei settori viene eccitto; nel cso illustrto, lo sttore dell fse A è eccitto, mentre gli vvolgimenti degli sttori B e C non sono percorsi d corrente. Diseccitndo gli vvolgimenti del settore A e contempornemente eccitndo il settore B, il rotore ruot in senso orrio di un ngolo pri d α p. Al contrrio, diseccitndo il settore A ed eccitndo il settore C, il rotore gir di un ngolo in senso ntiorrio. È i- noltre possiile fr eseguire l rotore un semipsso di mpiezz α p /, eccitndo contempornemente settori; d esempio, se, prtendo dll configurzione illustrt in figur, si eccit lo sttore B senz diseccitre lo sttore A, l coppi elettromgnetic tende ruotre il rotore di 7.5, su un posizione di equilirio metà strd tr le due configurzioni che si ottengono eccitndo solo il settore A e solo il settore B. Figur. - Sezione schemtic di un motore riluttnz vriile multistck.

4 MOTORI PASSO A MAGETE PERMAETE Il rotore di queste mcchine è costituito d un mgnete permnente, che gener un cmpo mgnetico diretto perpendicolrmente ll sse del rotore. Il principio di funzionmento di tli motori è schemticmente illustrto in figur : in figur. l fse 1 è eccitt. I due poli sttorici eccitti mostrno quindi un polrità mgnetic (in questo cso, il polo sttorico in lto è il polo sud, quello in sso il nord). Tle polrità gener un coppi che tende ruotre il rotore in modo che i poli rotorici si ffccino i poli sttorici di segno opposto. Diseccitndo l fse 1 ed eccitndo l fse, il rotore ruot in modo d mntenere il polo nord rotorico ffccito l polo sud sttorico ed il polo sud rotorico con il polo nord rotorico. f. f. S f. f. Figur. Figur. f. f. f. f. Figur.c Figur.d Il motore psso mgnete permnente present un coppi residu o di loccggio, ovvero un coppi che rimne nche qundo il circuito di eccitzione viene spento. In questo cso, il rotore tende mntenere l posizione in cui è minim l riluttnz del circuito mgnetico percorso dl cmpo generto dl mgnete permnente.

5 MOTORI PASSO IBRIDI Un motore psso irido è costituito d un mgnete permnente che gener un cmpo mgnetico cossile con il rotore, e d due settori sttore - rotore, che denomineremo settore nord e settore sud, corrispondenti rispettivmente l polo nord ed l polo sud del mgnete permnente (vedi figur 5). L mcchin è relizzt in modo che il cmpo mgnetico prodotto dl mgnete permnente si sommi quello prodotto dgli vvolgimenti di eccitzione. Si fcci riferimento ll figur 5, in cui vengono rffigurte un sezione ssile dell mcchin (figur 5.) e le sezioni trsversli A-A' e B- B' corrispondenti rispettivmente l settore nord e sud (figure 5., 5.c e 5.d). In figur 5. è illustrt l situzione in cui sono eccitte le coppie polri di sttore 1 e. el settore nord (sezione A-A') due denti del rotore sono ffcciti i due denti dell espnsione polre 1. I rotori sono sfsti in modo tle che, l settore sud, i due denti del rotore sino ffcciti ll espnsione. In tl modo il percorso del flusso mgnetico ttrvers il trferro nel settore sud in corrispondenz dell espnsione polre, percorre ssilmente il rotore lungo il mgnete permnente, e rittrvers il trferro l settore nord in corrispondenz dell espnsione 1, per richiudersi sull crcss dello sttore. Eccitndo gli vvolgimenti delle espnsioni e, si gener un coppi che tende ruotre in senso ntiorrio il rotore. Tle coppi è dovut due zioni concomitnti: 1) l interzione tr i due cmpi mgnetici generti dl mgnete permnente e dgli vvolgimenti di sttore. In se tle zione, nel settore nord l espnsione tende respingere i denti rotorici, mentre l espnsione li ttre. Il contrrio vviene nel settore sud. ) l second è quell che tende minimizzre l riluttnz del circuito mgnetico costituito dl sistem. Tle zione tende, nel settore nord, d llinere i denti rotorici con le espnsioni polri eccitte. Per effetto di tle coppi, il rotore si port nell posizione illustrt in figur 5.c: nel settore nord i denti del rotore sono ffcciti ll espnsione polre, mentre nel settore sud i denti del rotore sono ffcciti ll espnsione. Eccitndo nuovmente le espnsioni polri 1 e, m con polrità oppost quell precedente, il rotore effettu un ulteriore rotzione in senso ntiorrio, portndosi nell posizione di equilirio mostrt in figur 5.d. Come il motore psso mgneti permnenti, il motore irido present un coppi residu (o di loccggio) che, un volt diseccitti gli vvolgimenti di sttore, tende loccre il rotore nell ultim posizione di equilirio rggiunt. A A' B B' S Mgnete permnente Figur 5. - Sezione schemtic di un motore psso irido. I motori riluttnz iridi e possiile vere dei pssi minori degli ltri tipi di motori riluttnz e, prità di dimensioni, forniscono un coppi mggiore. In generle, è comunemente dottto come psso ngolre un vlore pri 1.8, che corrisponde duecento pssi per un rotzione complet del rotore.

6 sez. A-A' sez. B-B' 1 1 Figur Figur 5.c 1 1 Figur 5.d