AZIONAMENTI ELETTRICI-lezione 5 Prof.sa Isoardo SORGENTE ENERGIA UTENTE SUPERVISORE PROCESSO C I R C U I T O D ' I N T E R F A C C I A CONVERTITORE STATICO CIRCUITO DI CONTROLLO SENSOR I \ \ MOTORE TRASMISSIO NE MECCANICA CARICO MECCANICO
MACCHINE IN CONTINUA Le macchine in corrente continua (a magneti permanenti e non) hanno un comportamento reversibile: sono motori fino ad una frequenza caratteristica dei parametri costruttivi detta di sincronismo, oltre la quale diventano generatori (dinamo). La macchina in corrente continua (brevemente macchina in CC o macchina in DC) è stata la prima macchina elettrica realizzata, ed è tuttora utilizzata ampiamente per piccole e grandi potenze, da generatore o da motore. Sono a corrente continua (o comunque alimentabili in corrente continua) numerosi motori di piccola potenza per usi domestici, come anche motori per trazione ferroviaria e marina della potenza di molte centinaia di kw; le dinamo delle biciclette, che sono degli alternatori, sono quindi escluse. precedente. La stessa vicenda si ripete in seguito ad ogni periodo e la coppia motrice media risulta nulla.
MACCNINA IN CONTINUA
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA LA MACCHINA IN CONTINUA è UNA MACCHINA ROTANTE Il principio di funzionamento si basa sull'impiego del COLLETTORE a LAMELLE. Si usa principalmente come MOTORE da poche centinaia di W alle migliaia di W); l'impiego per il quale si sfrutta è quella di alimentare il motore a tensione variabile, mediante sistemi elettronici. Il limite è quello di utilizzare collettore e spazzole, perchè il contatto strisciante delle spazzole e lamelle può produrre archi elettrici e scintillio e limita i valori massimi di tensione e corrente della macchina Parti della macchina: ALBERO MECCANICO separato dalla parte fissa mediante dei cuscinetti che permettono la rotazione; nel funzionamento da generatore l'albero è collegato al motore primo, da cui riceve potenza meccanica, mentre nel funzionamento da motore l'albero è connesso al carico
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA Parti della macchina: ROTORE, montato all'albero in modo da ruotare con esso e comprende un nucleo magnetico laminato, di forma cilindrica e dotato di cave, nelle quali è presente l'avvolgimento indotto e posto alle due estremità il collettore e lamelle, collegato elettricamente all'avvolgimento indotto SPAZZOLE CONDUTTRICI fisse, poggiate sul collettore a lamelle in modo da assicurare il contatto tra l'avvolgimento rotorico e il circuito esterno, il circuito esterno, di solito, è la rete elettrica alimentata dalla macchina in funzione di generatore o che alimenta la macchina nel funzionamento da motore STATORE costituisce la parte fissa della macchina e comprende il nucleo magnetico e l'avvolgimento di eccitazione, alimentato in corrente continua ed ha il compito di creare il campo magnetico induttore
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA Parti della macchina: CARCASSA ESTERNA fornita in parte dal nucleo statorico e altri elementi strutturali: scudi laterali, piedini per il fissaggio al basamento, scatola dei contatti,...) SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO presente nelle macchine di elevata potenza di costruzione chiusa e realizzato da scambiatori di calore aria-aria mosso da un motore ausiliario COLLETTORE-SPAZZOLE ha un forma corona cilindrica formato da un certo numero di lamelle in rame di forma trapezoidale, isolate tra loro e da uno strato sottile di mica o suoi derivati, resistenze ad alte temperature. Il collettore è fissato all'albero rotante ma isolato elettricamente da questo, per evitare che le varie lamelle vengano messe in cortocircuito E' la parte piu' delicata e richiede accuratezza nella realizzazione e periodica manutenzione: per elimenare gli effetti del continuo sfregamento con le spazzole
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA Le spazzole devono essere realizzate in materiale conduttore, di solito sono realizzate con una miscela di polveri sinterizzate di rame e grafite METALGRAFITE), in passato si usava il carbonio.
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA
STRUTTURA MACCINA IN CONTINUA La presenza di avvolgimenti elettrici sul rotore ha anche due aspetti negativi: Se il motore è di grossa potenza si hanno dei problemi di smaltimento del calore (gli avvolgimenti si riscaldano per effetto Joule e il campo magnetico alternato nel nucleo del rotore genera altre perdite, causate da isteresi magnetica e correnti parassite nel nucleo stesso, e quindi altro calore. Gli avvolgimenti appesantiscono il rotore (aumenta il momento d'inerzia): se il motore deve rispondere con rapidità e precisione (come avviene nelle automazioni industriali e nella robotica) il controllo diventa più complesso; per piccole potenze (da 1 a 200W) e servocontrolli a volte si usano particolari tipi di motori con rotore con avvolgimenti a forma di bicchiere e privo del nucleo di ferro, detti "ironless": hanno bassa inerzia e rendimento elettrico più elevato dei loro corrispondenti con rotore avvolto su nucleo di ferro.
MOTORI BRUSHLESS I problemi illustrati si potrebbero evitare scambiando il rotore con lo statore (cioè se gli avvolgimenti venissero messi sulla parte fissa e i magneti fossero montati sul rotore). Scomparirebbe il collettore a spazzole, e gli avvolgimenti elettrici potrebbero smaltire più facilmente il calore generato. È quello che si fa nei motori brushless (in inglese letteralmente: senza spazzole). Essi permettono inoltre di ridurre ulteriormente le dimensioni del rotore (e quindi le sue inerzie) usando materiali magnetici più efficienti come le leghe di samario-cobalto o meglio, Neodimio/Ferro/Boro. In questi motori il circuito di alimentazione deve essere più sofisticato, dato che le funzioni del collettore meccanico sono svolte tramite un controllo elettronico di potenza.denti con rotore avvolto su nucleo di ferro. La funzione di induttore è svolta dal rotore, mentre i circuiti induttori sono posti sullo statore
MOTORI BRUSHLESS I motori brushless sono caratterizzati da una precisione molto elevata, rumorosità ridotta, limitata manutenzione. Hanno ridotte perdite e quindi è possibile eliminare il sistema di raffreddamento
MOTORI PASSO-PASSO I motori passo passo, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare. Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio. Le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione. Di conseguenza, per far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta, è necessario contare il numero di impulsi inviati ed impostarne la frequenza.
MOTORI PASSO-PASSO Il motore, che appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all'albero, permanentemente magnetizzate, una come NORD e l'altra come SUD. Tra le due ruote è presente uno sfasamento esattamente pari ad 1/2 del passo dei denti: il dente di una delle due sezioni corrisponde quindi alla valle dell'altra. Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa. Lo statore presenta piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore. O meglio, sono esattamente affacciati al rotore solo un gruppo di denti ogni quattro; gli altri sono sfalsati di 1/4, 1/2 e 3/4 del passo dei denti. Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore, dei fili generano il campo magnetico quando vengono percorsi da corrente. In ogni momento, per far compiere un passo al motore, si applica corrente alla parte di statore esattamente di fronte ai denti del rotore: la forza repulsiva tra poli magnetici opposti
MOTORI PASSO-PASSO
MOTORI CORRENTE CONTINUA Il principio di funzionamento di un motore a corrente continua, si applica una tensione al circuito indottore, la corrente che assorbe il motore arriva alle spazzole. I conduttori dell'avvolgimento induttore sono sottoposti ad un campo magnetico e nascerà una forza tangenziale che esercita una coppia motrice che determina la rotazione del rotore a cui si oppone la coppia resistente del carico.