Motori elettrici per la trazione veicolare. Vincenzo Di Dio

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1 Moori elerici per la razione veicolare Vincenzo Di Dio

2 Tipologie di moori elerici uilizzai per la razione veicolare Moori a correne coninua Moori a correne alernaa Sincroni Asincroni

3 Correni eleriche e campi magneici La correne elerica produce effei uguali a quelli di un magnee, cioè crea un campo magneico. Se una correne elerica fluisce lungo un conduore vericale dal basso verso l alo; un ago magneico, libero di ruoare, si oriena su un piano orizzonale perpendicolarmene al conduore indirizzando il proprio polo Nord in senso aniorario se viso dall alo.

4 Legge di Faraday Newman Maxwell - Lenz e d N d Inerprea la nascia di una f.e.m. per effeo della variazione di B su un circuio di N spire. Le correni indoe (quando possono circolare) si oppongono alla causa che le ha generae. φ B varia nel empo se variano _ α (angolo rab e la direzione normale a S) B S

5 Legge di Faraday Newman Maxwell - Lenz Variazioni di φ per variazione di S x x x x x x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x x x x x x i T d d dx e ( BS) Bl Blu d d d T verso desra => I è anioraria Il sisema reagisce con una F = B l i che si oppone al moo (sforzo frenane conrapposo al iro) In assenza di ario la poenza meccanica immessa nel sisema ( T u ) è uguale alla poenza elerica generaa ( e i ).

6 Legge di Faraday Newman Maxwell - Lenz Il funzionameno è reversibile => principio di funzionameno del moore elerico x x x x x x x x x x x x x x x x F x x x x x x x x x x x x x x x x i G F = B l i Il movimeno fa nascere una f.e.m. che si conrappone facendo circolare una i che si conrappone a i

7 Il moore elerico a correne coninua Fase Quando la correne scorre negli avvolgimeni, si genera un campo magneico inorno al roore. La pare sinisra del roore è respina dal magnee di sinisra ed airaa da quello di desra. Analogamene fa la pare in basso a desra. La coppia genera la roazione. Fase Il roore coninua a girare. Fase Quando le armaure si allineano orizzonalmene, il colleore invere la direzione di correne araverso gli avvolgimeni, modificando anche il campo magneico. Il processo riorna quindi allo sao di parenza e il ciclo si ripee. Fase 4

8 Il moore elerico a correne coninua Il moore in correne coninua ha una pare che gira (roore) e una pare che genera il campo magneico fisso (nell'esempio i due magnei colorai) dea saore. Il colleore a spazzole invere due vole ad ogni giro la direzione della correne elerica che percorre i due avvolgimeni generando un campo magneico che enra ed esce dalle pari arroondae dell'armaura. Nascono forze di arazione e repulsione con i magnei permaneni fissi. La velocià di roazione dipende da: Tensione applicaa. Correne assorbia dal roore. Carico applicao La coppia generaa è proporzionale alla correne Il conrollo è molo semplice

9 Il moore elerico a correne coninua

10 Il moore elerico a correne coninua Colleore a lamelle: è un organo cosiuio da ane lamelle di rame rafilae a sezione rapezoidale dispose una conigua all alra in modo da formare una sruura cilindrica cava, inerponendo ra l una e l alra una lasrina di maeriale isolane (in genere un foglio di mica dello spessore di qualche millimero). Forcella: è una sbarrea di rame a forma di Y che viene opporunamene sagomaa al fine di consenire il collegameno dei capi delle sezioni dell avvolgimeno roorico con ciascuna lamella di rame del colleore.

11 Campo Roane Galileo Ferraris Consideriamo spire dispose sfasae di 0 nello spazio, in un mezzo a permeabilià magneica cosane, araversae da un sisema rifase simmerico di correni.

12 Campo Roane Galileo Ferraris i i i I I I x x x sen sen( 0) sen( 40) campi magneici direi normalmene al piano delle corrispondeni spire h GIxsen h GIxsen( 0) h GIxsen( 40 )

13 Campo Roane Galileo Ferraris Consideriamo le componeni del campo risulane secondo x e y. h x h y h ( h h )cos 60 h ( h ) h ( h h ) cos 0 ( h h )

14 Campo Roane Galileo Ferraris ) 40 ( ) 0 ( ) ( sen GI sen GI sen GI h h h h x x x x 40 cos cos 40 0 cos cos0 sen sen sen sen sen GI x cos cos sen sen sen GI x sen sen sen GI x cos 4 4 cos 4 4 sen GI sen sen GI x x cos cos ) ( sen sen sen Essendo:

15 h y Campo Roane Galileo Ferraris ( h h ) GIxsen ( 40) sen( 0) GI x sen cos 40 cossen 40 sen cos0 cossen 0 GI x sen cos sen cos GI x cos GI cos x Essendo: sen( ) sen cos sen cos

16 Campo Roane Galileo Ferraris Di conseguenza: H h x h y GI x sen GI x cos GI x g ; h h x y g Si oiene un campo di inensià cosane che ruoa a pulsazione ω pari a quella delle correni sinusoidali di alimenazione delle bobine. La successione con cui si alimenano le bobine deermina il verso di roazione del campo. In generale il verso di roazione è quello della successione dei riardi.

17 I moori elerici a correne alernaa

18 Moore asincrono Il moore asincrono è un moore elerico in correne alernaa in cui la velocià di roazione dell'albero è minore della velocià di roazione del campo magneico generao dagli avvolgimeni di saore, ovvero non c'è sincronismo ra le due velocià; per queso si disingue dai moori sincroni. Il moore asincrono è deo anche moore ad induzione in virù del suo principio di funzionameno descrio di seguio.

19 Moore asincrono Moori di piccola e media poenza Moore ad asse orizzonale Moore ad asse orizzonale con venilazione a circuio apero

20 Moore asincrono Moore di poenza alee di raffreddameno asse orizzonale, suppori a cavalleo, raffreddameno a circuio apero

21 Moore asincrono ad asse vericale cuscinei di guida reggispina

22 Moore asincrono - Caraerisiche cosruive L ferro di saore conduori aivi di roore (indoo) cuscinei venola di raffreddameno D scudo di supporo ferro di roore alee di raffreddameno avvolgimeno di saore (induore) alee roani di raffreddameno

23 Moore asincrono - Caraerisiche cosruive e d N d n Le correni indoe (quando possono circolare) si oppongono alla causa che le ha generae. F = B l i

24 Moore asincrono - Caraerisiche cosruive

25 Macchina sincrona con ale denominazione vengono indicae ue le macchine (generaori e moori) a c.a. la cui velocià di funzionameno è cosanemene e rigidamene legaa alla frequenza della ensione generaa o applicaa ai morsei «Sincrono» deriva dal greco: sýn significa con, chrónos significa empo

26 Moore brushless a magnei permaneni Saore dove ha sede un avvolgimeno, ipicamene rifase connesso a sella, araverso cui il moore viene alimenao Roore doao di magnei permaneni capaci di insaurare un campo magneico al raferro del uo simile a quello prodoo dall avvolgimeno di ecciazione poso sul roore dei normali moori sincroni; Vanaggi dei moori brushless: elevaa densià di poenza, volumi ridoi facilià di conrollo ridoa manuenzione, ridoo peso e momeno d inerzia più elevae accelerazione e velocià, Svanaggi dei moori brushless : cosi non proprio compeiivi (dovui ai magnei permaneni) necessià di un circuio eleronico di commuazione dell alimenazione

27 con gabbia Moori brushless a magnei permaneni Classificazione e nomenclaura

28 Moori brushless a magnei permaneni Classificazione e nomenclaura Gli azionameni con moori a magnei permaneni senza gabbia possono essere classificai, in base alla ecnica di conrollo impiegaa, essenzialmene nelle due segueni caegorie: - azionameni con moori a m. p. con alimenazione sinusoidale; - azionameni con moori a m. p. con alimenazione reangolare. Alla prima caegoria apparengono gli azionameni con coninua reroazione della posizione del roore al fine di alimenare il moore con ensioni o correni sinusoidali: ciò viene oenuo applicando la ecnica della modulazione della larghezza di impulso alla grandezza coninua in ingresso all'inverer. In queso caso la f.e.m. ideale del moore é sinusoidale e perano quando nelle fasi del moore sesso fluiscono correni sinusoidali viene prodoa una coppia eleromagneica cosane (PM synchronous e A.C brushless). Gli azionameni con moori a m.p., alimenai con onda reangolare, per la commuazione delle correni di fase, si basano invece su una reroazione non coninua della posizione di roore, ma piuoso oenua in puni fissi e ben deerminai, per esempio ogni 60 gradi elerici. In queso caso le correni impose alle fasi della macchina hanno forma reangolare.

29 Mooruoe brushless a magnei permaneni Cerchione Roore Saore Cuscinei Pneumaico Moore elerico Albero fisso Connessione meccanica Vanaggi delle mooruoa eliminazione cambio e del differenziale riduzione delle perdie maggiore affidabilià minore rumorosià uilizzo dei m.p. assenza perdie ecciazione raferri ampi maggiore densià di coppia

30 Mooruoe brushless a magnei permaneni Problemaiche configurazione complessa ali cosi di produzione progeo non consolidao affidabilià? collocazione nella ruoa vincoli dimensionali smagneizzazione dei m.p. limii di emperaura limii su fmm di indoo raffreddameno cosi dei m.p.

31 Mooruoe brushless a magnei permaneni Configurazioni in ragione della disribuzione di flusso: radiale (a), assiale monolaero (b) assiale bilaero (c) Cerchione Roore Saore Pneumaico Moore elerico Moore elerico Roore Cuscinei (a) Albero fisso Connessione meccanica (b) Connessione meccanica Roori (c)

32 Tipologie di mooruoe a magnei permaneni moore a flusso radiale (radial flux PM m.: RFPM) RFPM moore a flusso radiale (axial flux PM m.: AFPM) AFPM

33 Moore a flusso radiale (RFPM) nucleo roorico Facilià di assemblaggio (configurazione m.p. e ecnologie consolidae) Taglie diverse variando unicamene la profondià assiale (a parià di diamero) Ondulazione di coppia ridoa con profili saore opporuni dei deni saorici o con skewing bobine di fase dei m.p. (maggiori cosi) RFPM m.p. bobina condoo di raffreddameno saore

34 bobine di fase saore Moore a flusso assiale (AFPM-NS) m.p. nucleo roorico bobine di fase raffreddameno AFPM-NS Coppia sviluppaa su due superfici laerali (configurazioni double-side) Effeo ridoo degli uri in senso vericale Compensazione delle forze assiali eserciae dai m.p. Ondulazione di coppia compensaa sfasando i m.p. sui due lai Sdoppiameno delle bobine di fase riduzione d ingombro e insallazione faciliaa (cablaggio più laborioso);