I motori elettrici sono macchine elettriche utilizzate per convertire l'energia elettrica in energia meccanica. La classificazione generale li divide in base al tipo di corrente di alimentazione in motori DC e motori AC. L'articolo seguente discute i motori elettrici con specifica AC, i loro tipi, caratteristiche distintive e vantaggi.

Motore CA di tipo industriale

Principio di conversione dell'energia

Tra i motori elettrici utilizzati in tutti i settori e negli elettrodomestici, i più comuni sono i motori CA. Si trovano in quasi tutti gli ambiti della vita, dai giocattoli per bambini alle lavatrici fino alle automobili e alle potenti macchine di produzione.

Il principio di funzionamento di tutti i motori elettrici si basa sulla legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica e sulla legge di Ampere. Il primo descrive la situazione in cui viene generata una forza elettromotrice su un conduttore chiuso situato in un campo magnetico variabile. Nei motori, questo campo viene creato attraverso gli avvolgimenti dello statore attraverso i quali scorre la corrente alternata. All'interno dello statore (che è il corpo del dispositivo) si trova un elemento mobile del motore: il rotore. Su di esso si forma una corrente.

La rotazione del rotore è spiegata dalla legge di Ampere, la quale afferma che le cariche elettriche che fluiscono attraverso un conduttore situato all'interno di un campo magnetico sono influenzate da una forza che le sposta in un piano perpendicolare alle linee di forza di questo campo. In poche parole, il conduttore, che nella progettazione del motore è il rotore, inizia a ruotare attorno al proprio asse ed è fissato sull'albero a cui sono collegati i meccanismi di funzionamento dell'apparecchiatura.

Tipi di motori e loro design

I motori elettrici CA hanno un design diverso, grazie al quale è possibile creare macchine con la stessa velocità del rotore rispetto al campo magnetico dello statore e macchine in cui il rotore “è in ritardo” rispetto al campo rotante. Secondo questo principio, questi motori sono suddivisi in tipi corrispondenti: sincroni e asincroni.

Asincrono

La progettazione di un motore elettrico asincrono si basa su un paio di importanti parti funzionali:

1. Lo statore è un blocco cilindrico costituito da lamiere di acciaio con scanalature per la posa di avvolgimenti conduttivi, i cui assi si trovano ad un angolo di 120˚ l'uno rispetto all'altro. I poli degli avvolgimenti vanno alla morsettiera, dove sono collegati in diversi modi, a seconda dei parametri operativi richiesti del motore elettrico.
2. Rotore. Nella progettazione dei motori elettrici asincroni vengono utilizzati due tipi di rotori:
   • Cortocircuitato. Così chiamata perché è costituita da più bacchette di alluminio o rame cortocircuitate tramite anelli terminali. Questo disegno, che è un avvolgimento del rotore che trasporta corrente, è chiamato "gabbia di scoiattolo" in elettromeccanica.
   • Fase. Sui rotori di questo tipo è installato un avvolgimento trifase, simile all'avvolgimento dello statore. Molto spesso, le estremità dei suoi conduttori vanno alla morsettiera, dove sono collegate a stella, e le estremità libere sono collegate agli anelli collettori. Il rotore di fase consente di utilizzare le spazzole per aggiungere un ulteriore resistore al circuito di avvolgimento, che consente di modificare la resistenza per ridurre le correnti di spunto.

Oltre agli elementi chiave descritti di un motore elettrico asincrono, il suo design comprende anche una ventola per il raffreddamento degli avvolgimenti, una scatola terminale e un albero che trasmette la rotazione generata ai meccanismi di funzionamento dell'apparecchiatura il cui funzionamento è fornito da questo motore.

Il funzionamento dei motori elettrici asincroni si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica, secondo la quale la forza elettromotrice può formarsi solo in condizioni di differenza nella velocità di rotazione del rotore e nel campo magnetico dello statore. Pertanto, se queste velocità fossero uguali, la FEM non potrebbe apparire, ma l'influenza sull'albero di fattori "frenanti" come il carico e l'attrito del cuscinetto crea sempre condizioni sufficienti per il funzionamento.

Sincrono

Il design dei motori elettrici CA sincroni è leggermente diverso dal design degli analoghi asincroni. In queste macchine il rotore ruota attorno al proprio asse ad una velocità pari alla velocità di rotazione del campo magnetico dello statore. Anche il rotore o l'armatura di questi dispositivi è dotato di avvolgimenti che sono collegati da un lato tra loro e dall'altro con un collettore rotante. I cuscinetti di contatto sul commutatore sono montati in modo tale che ad un certo punto è possibile fornire energia attraverso le spazzole di grafite solo a due contatti opposti.

Principio di funzionamento dei motori elettrici sincroni:

1. Quando il flusso magnetico nell'avvolgimento dello statore interagisce con la corrente del rotore, si forma una coppia.
2. La direzione del flusso magnetico cambia contemporaneamente alla direzione della corrente alternata, mantenendo così la rotazione dell'albero di uscita in una direzione.
3. La velocità di rotazione desiderata viene regolata regolando la tensione di ingresso. Molto spesso, nelle apparecchiature ad alta velocità, come martelli perforatori e aspirapolvere, questa funzione viene eseguita da un reostato.

I motivi più comuni di guasto dei motori elettrici sincroni sono:

• usura delle spazzole in grafite o indebolimento della molla di pressione;
• usura dei cuscinetti dell'albero;
• contaminazione del collettore (pulire con carta vetrata o alcool).

Alternatore trifase

Storia dell'invenzione

L'invenzione del metodo più semplice per convertire l'energia da elettrica a meccanica appartiene a Michael Faraday. Nel 1821, questo grande scienziato inglese condusse un esperimento con un conduttore immerso in un vaso di mercurio, sul fondo del quale giaceva un magnete permanente. Dopo aver applicato l'elettricità al conduttore, questo cominciò a muoversi, ruotando secondo le linee del campo magnetico. Al giorno d'oggi, questo esperimento viene spesso condotto nelle lezioni di fisica, sostituendo il mercurio con la salamoia.

Ulteriori studi sulla questione portarono alla creazione da parte di Peter Barlow nel 1824 di un motore unipolare chiamato ruota di Barlow. Il suo design prevede due ingranaggi in rame, posizionati sullo stesso asse tra i magneti permanenti. Dopo aver applicato la corrente alle ruote, a seguito della sua interazione con i campi magnetici, le ruote iniziano a ruotare. Durante gli esperimenti, lo scienziato ha scoperto che la direzione di rotazione può essere cambiata cambiando la polarità (riorganizzando magneti o contatti). L'applicazione pratica della "ruota di Barlow" ha svolto un ruolo importante nello studio dell'interazione tra campi magnetici e conduttori carichi.

Il primo prototipo funzionante del dispositivo, che divenne il capostipite dei motori moderni, fu creato dal fisico russo Boris Semenovich Jacobi nel 1834. Il principio dell'utilizzo di un rotore rotante in un campo magnetico, dimostrato in questa invenzione, viene utilizzato quasi invariato nei moderni motori CC.

Ma la creazione del primo motore con principio di funzionamento asincrono appartiene a due scienziati contemporaneamente: Nikola Tesla e Galileo Ferraris, che, per una fortunata coincidenza, dimostrarono le loro invenzioni nello stesso anno (1888). Pochi anni dopo, il motore AC senza spazzole bifase creato da Nikola Tesla era già utilizzato in diverse centrali elettriche. Nel 1889, l'ingegnere elettrico russo Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky migliorò l'invenzione di Tesla per funzionare in una rete trifase, grazie alla quale fu in grado di creare il primo motore CA asincrono con una potenza di oltre 100 W. Ha anche inventato i metodi oggi utilizzati per collegare le fasi dei motori elettrici trifase: “stella” e “triangolo”, reostati di avviamento e trasformatori trifase.

Sistema AC proposto da Westinghouse

Collegamento ad alimentazioni monofase e trifase

In base al tipo di rete di alimentazione, i motori elettrici CA sono classificati in monofase e trifase.

Collegare i motori asincroni monofase è molto semplice: basta collegare i fili di fase e neutro di una rete monofase da 220 V alle due uscite sull'alloggiamento. Anche i motori sincroni possono essere alimentati da questo tipo di rete, ma la connessione è un po' più complicata: è necessario collegare gli avvolgimenti del rotore e dello statore in modo che i loro contatti di magnetizzazione unipolari si trovino uno di fronte all'altro.

Il collegamento a una rete trifase sembra un po' più complicato. Prima di tutto, dovresti prestare attenzione che la scatola terminale contenga 6 pin, una coppia per ciascuno dei tre avvolgimenti. In secondo luogo, ciò rende possibile utilizzare uno dei due metodi di connessione (“stella” e “triangolo”). Un collegamento errato può danneggiare il motore fondendo gli avvolgimenti dello statore.

La principale differenza funzionale tra "stella" e "triangolo" è il diverso consumo di energia, che viene fatto per consentire alla macchina di essere collegata a reti trifase con tensioni di linea diverse: 380 V o 660 V. Nel primo caso, gli avvolgimenti dovrebbero essere collegati secondo uno schema a “triangolo” e nel secondo caso secondo uno schema a “stella”. Questa regola di commutazione consente in entrambi i casi di avere sugli avvolgimenti di ciascuna fase una tensione di 380V.

Sul pannello di collegamento i morsetti degli avvolgimenti sono disposti in modo tale che i ponticelli utilizzati per l'inserzione non si incrocino. Se la morsettiera del motore contiene solo tre terminali, è progettata per funzionare con la stessa tensione, indicata nella documentazione tecnica, e gli avvolgimenti sono interconnessi all'interno del dispositivo.

Vantaggi e svantaggi dei motori elettrici AC

Al giorno d'oggi, tra tutti i motori elettrici, i dispositivi CA occupano una posizione di leadership in termini di volume di utilizzo nelle centrali elettriche. Hanno un design a basso costo, di facile manutenzione e un'efficienza pari ad almeno il 90%. Inoltre, il loro dispositivo consente di modificare agevolmente la velocità di rotazione senza ricorrere ad apparecchiature aggiuntive come i riduttori.

Lo svantaggio principale dei motori CA con principio di funzionamento asincrono è il fatto che la velocità di rotazione dell'albero può essere regolata solo modificando la frequenza della corrente di ingresso. Ciò non consente di raggiungere una velocità di rotazione costante e riduce anche la potenza. I motori elettrici asincroni sono caratterizzati da elevate correnti di avviamento, ma bassa coppia di avviamento. Per correggere queste carenze, viene utilizzato un convertitore di frequenza, ma il suo prezzo contraddice uno dei principali vantaggi di questi motori: il basso costo.

Il punto debole di un motore sincrono è la sua struttura complessa. Le spazzole in grafite si guastano abbastanza rapidamente sotto carico e perdono anche il contatto stretto con il commutatore a causa dell'indebolimento della molla di pressione. Inoltre questi motori, come i loro omologhi asincroni, non sono protetti dall'usura dei cuscinetti dell'albero. Gli svantaggi includono anche un avviamento più complesso, la necessità di una fonte di corrente continua e un controllo esclusivo della frequenza della velocità di rotazione.

Applicazione

Oggi i motori elettrici con specifiche di corrente alternata sono comuni in tutti i settori dell'industria e della vita. Sono installati come generatori nelle centrali elettriche, utilizzati in apparecchiature di produzione, applicazioni automobilistiche e persino elettrodomestici. Oggi in ogni casa puoi trovare almeno un dispositivo con un motore elettrico AC, ad esempio una lavatrice. Le ragioni di così grande popolarità sono la versatilità, la durata e la facilità di manutenzione.

Tra le macchine elettriche asincrone sono più diffusi i dispositivi con specifica trifase. Costituiscono l'opzione migliore per l'uso in numerose unità di potenza, generatori e installazioni ad alta potenza che richiedono il controllo della velocità dell'albero.

Immagina come sarebbe il mondo moderno se tutti i motori elettrici scomparissero improvvisamente da esso. Diciamo che li abbiamo sostituiti con motori termici. Ma i motori termici sono ingombranti ed emettono vapore e gas di scarico, mentre i motori elettrici di potenza comparabile sono compatti, si adattano perfettamente a macchine, veicoli elettrici e altre apparecchiature, pur essendo ecologici, economici e affidabili. È impossibile immaginare il mondo moderno senza i motori elettrici, che facilitano notevolmente il lavoro delle persone, rendendo, in breve, la nostra vita più confortevole.

Grazie ai motori elettrici otteniamo energia meccanica dall’energia elettrica. E l'importanza decisiva in questo processo sono le caratteristiche di peso e dimensioni, potenza e numero di giri al minuto, che a loro volta sono associati sia alle caratteristiche di progettazione dei motori sia ai parametri della tensione di alimentazione.

A seconda del tipo di tensione di alimentazione, i motori elettrici possono essere AC o DC. Per metodo di controllo: passo-passo, lineare, servo (follower). I motori CA, a loro volta, sono asincroni e sincroni. Diamo un'occhiata ai tipi di motori elettrici, notiamo le loro caratteristiche e parliamo dei principi di funzionamento di ciascuno di essi.

Motori CC

Per costruire azionamenti elettrici con elevate caratteristiche dinamiche, vengono utilizzati motori elettrici CC. Sono caratterizzati da elevata capacità di sovraccarico e rotazione uniforme. I motori DC sono spesso utilizzati nei veicoli elettrici. Sono inoltre dotati di numerose macchine, macchine, unità, compresi elettrodomestici.

Il funzionamento di un classico motore DC si basa sulla rotazione di un telaio con corrente in un campo magnetico esterno: la corrente viene fornita al telaio attraverso un gruppo spazzole-collettore, e il campo magnetico dello statore è ottenuto da magneti permanenti o dalla stessa corrente continua (campo magnetico di una bobina con corrente) . Di conseguenza, il telaio percorso da corrente ruota in un campo magnetico. Invece di un telaio, potrebbe esserci una bobina con corrente su un circuito magnetico: un rotore.

Motori CA

I motori elettrici CA sono ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni e nell'industria, poiché sono considerati più universali rispetto ai motori CC. I motori CA hanno un design semplice, sono più affidabili dei motori CC e sono facili da maneggiare.

Ad esempio, la maggior parte dei ventilatori domestici e delle cappe industriali sono dotati di motori asincroni CA. Sono inoltre dotati di argani, pompe e macchine utensili. La semplicità dei motori CA a frequenza industriale risiede nell'assenza di un gruppo spazzola-commutatore e di un'elettronica complessa.

Motori passo-passo

I motori passo-passo funzionano convertendo impulsi elettrici CC discreti in movimenti meccanici (passi). Attrezzature per ufficio, macchine utensili, robot: ovunque sia richiesto un movimento uniforme e ad alta velocità del corpo di lavoro, oggi vengono utilizzati motori passo-passo. Per controllare la velocità di rotazione del rotore, l'unità elettronica regola la frequenza di ripetizione degli impulsi e il loro ciclo di lavoro. Un motore passo-passo è un motore DC senza spazzole sincrono.

Servoazionamenti (servomotori)

Il servoazionamento (azionamento follower) è un motore CC ad alta tecnologia. A differenza di un motore passo-passo, un servomotore è dotato anche di un sensore di posizione del rotore, con l'aiuto del quale viene implementato un meccanismo di feedback negativo.

I motori di questo tipo sono in grado di sviluppare velocità e potenza elevate, come i motori passo-passo CC, ma la regolazione della posizione dell'elemento di lavoro è più precisa. Per le macchine CNC, un servoazionamento è proprio ciò di cui hai bisogno. Molte moderne macchine industriali sono dotate di servoazionamenti integrati in un sistema di controllo computerizzato ad alta precisione.

Motori lineari

Invece di un rotore, un motore CC lineare ha un'asta (asta) con magneti che si muove linearmente attraverso lo statore rispetto all'induttore. Motori di questo tipo stanno guadagnando popolarità come azionamenti per meccanismi con movimenti alternativi durante il funzionamento.

Si tratta di una soluzione affidabile ed economica, che elimina la necessità di utilizzare qualsiasi trasmissione meccanica. Gli impulsi della polarità e della durata richieste vengono inviati alla bobina, formando un campo magnetico della configurazione desiderata, che a sua volta agisce sull'asta, e la posizione corrente dell'asta viene monitorata grazie ai sensori Hall integrati nello statore.

Motori elettrici sincroni

Quando si parla di “motore sincrono”, si intende tradizionalmente un motore a corrente alternata in cui la velocità di rotazione (o velocità angolare) del rotore è uguale alla velocità angolare del flusso magnetico nella cavità dello statore. Molto spesso parliamo di motori i cui rotori portano magneti permanenti o un avvolgimento di eccitazione, che crea un forte campo magnetico che impedisce lo slittamento.

Nei motori sincroni la velocità del rotore è quindi costante. Ventilatori potenti, azionamenti di gru, pompe: in molte applicazioni in cui sono richieste elevata potenza e velocità costante, indipendentemente dal carico, vengono utilizzati motori sincroni.

Motori elettrici asincroni

Molto spesso, un motore asincrono è un motore a corrente alternata in cui la frequenza (o velocità angolare) della rotazione del rotore differisce dalla velocità angolare del flusso magnetico dello statore. Cioè, c'è uno "slittamento" in un tale motore. I motori a induzione CA sono dotati di rotore a gabbia di scoiattolo o .

I motori asincroni più potenti sono realizzati con un rotore avvolto; l'entità del flusso magnetico di tale rotore è controllata da un reostato e la velocità di rotazione è regolabile. Le apparecchiature meno critiche (per la dipendenza della velocità del rotore dal carico) sono dotate di motori asincroni con rotore a gabbia di scoiattolo.

Negli elettrodomestici, negli utensili elettrici portatili, nelle apparecchiature elettriche automobilistiche e nei sistemi di automazione, viene spesso utilizzato un motore CA a commutatore, il cui schema di collegamento, così come il dispositivo, sono simili ai motori CC.

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Il loro uso diffuso è spiegato dalla loro compattezza, peso ridotto, basso costo e facilità d'uso. In questo segmento, i motori ad alta frequenza e bassa potenza sono i più richiesti.

Questo dispositivo è abbastanza specifico, avendo, a causa della sua somiglianza con le macchine DC, caratteristiche simili e vantaggi intrinseci.

La differenza rispetto ai motori DC è il materiale dell'alloggiamento dello statore, costituito da fogli di acciaio elettrico, grazie al quale è possibile ridurre le perdite per correnti parassite.

In modo che il motore possa funzionare da una rete regolare, ad es. 220 V, gli avvolgimenti di campo sono collegati in serie.

Questi motori, detti universali per il fatto che funzionano sia in corrente alternata che continua, sono monofase e trifase.

Video: Motore universale a spazzole

In cosa consiste la struttura?

La progettazione di un motore elettrico CA comprende, oltre al rotore e allo statore:

• dinamo tachimetrica;
• meccanismo di raccolta spazzole.

La corrente di armatura interagisce con il flusso magnetico dell'avvolgimento di campo, provocando la rotazione del rotore nel meccanismo del collettore. La corrente viene fornita attraverso le spazzole al commutatore, che è il gruppo rotore ed è collegato in serie all'avvolgimento dello statore. È assemblato da piastre con sezione trapezoidale.

Il principio di funzionamento di un tale motore può essere dimostrato utilizzando il noto esperimento scolastico con un telaio rotante, posizionato tra i poli opposti di un campo magnetico. Ruota sotto l'influenza di forze dinamiche quando la corrente lo attraversa. Quando si cambia la direzione della corrente, il telaio non cambia il senso di rotazione.

Velocità al minimo elevate causate dalla coppia massima quando si collegano gli avvolgimenti di campo in serie possono portare al guasto del meccanismo.

Schema di collegamento (semplificato)

Uno schema di collegamento tipico prevede l'uscita di un massimo di dieci contatti sulla striscia di contatto. La corrente L che scorre attraverso una delle spazzole entra nel commutatore e nell'armatura, quindi passa agli avvolgimenti dello statore attraverso la seconda spazzola e il ponticello, lasciando il neutro N.

Questo metodo di collegamento non prevede l'inversione del motore, poiché il collegamento degli avvolgimenti in parallelo porta ad un simultaneo cambiamento dei poli dei campi magnetici. Di conseguenza, la direzione del momento è sempre la stessa.

È possibile cambiare il senso di rotazione se si cambia la posizione delle uscite dell'avvolgimento sulla striscia di contatto. Il motore viene acceso direttamente quando le uscite del rotore e dello statore sono collegate a un meccanismo commutatore a spazzole. Per attivare la seconda velocità vengono utilizzati i terminali di metà dell'avvolgimento. Non dobbiamo dimenticare che dal momento di tale collegamento il motore funziona alla massima potenza, quindi il suo tempo di funzionamento non può superare i 15 secondi.

Video: collegamento e regolazione della velocità del motore da una lavatrice

In pratica vengono utilizzati vari metodi per regolare il funzionamento del motore. Può trattarsi di un circuito elettronico in cui l'elemento regolatore è un triac, che “passa” una determinata tensione al motore. Funziona come una chiave istantanea, aprendosi quando arriva un impulso di comando al suo cancello.

Il principio di funzionamento implementato nei circuiti con triac si basa sul controllo di fase a onda intera, dove la tensione fornita al motore è legata agli impulsi che arrivano all'elettrodo. In questo caso la frequenza con cui ruota l'armatura è direttamente proporzionale alla tensione fornita agli avvolgimenti.

Semplificando, questo principio può essere descritto dai seguenti punti:

• un segnale proveniente da un circuito elettronico viene fornito al cancello del triac;
• il cancello si apre, la corrente scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore facendo ruotare l'armatura M del motore;
• i valori istantanei della velocità di rotazione vengono convertiti dalla dinamo tachimetrica in segnali elettrici, formando feedback con impulsi di controllo;
• di conseguenza, la rotazione del rotore rimane uniforme con qualsiasi carico;
• Utilizzando i relè R e R1, il motore viene invertito.

Un altro circuito è un tiristore a impulso di fase.

Vantaggi e svantaggi della macchina

I vantaggi includono:

• piccole dimensioni;
• versatilità, cioè lavorare su tensione costante e alternata;
• elevata coppia di spunto;
• indipendenza dalla frequenza di rete;
• velocità;
• regolazione morbida della velocità di rotazione su un ampio intervallo al variare della tensione di alimentazione.

Gli svantaggi sono legati anche all'utilizzo della giunzione spazzola-collettore, che comporta:

• ridurre la durata del meccanismo;
• scintille tra le spazzole e il commutatore;
• alto livello di rumore;
• un gran numero di elementi da collezione.

Principali malfunzionamenti

La scintilla che si verifica tra le spazzole e il commutatore è la questione più importante che richiede attenzione. Per evitare malfunzionamenti più gravi, come sfaldamento e deformazione delle lamelle o surriscaldamento delle lamelle, è necessario sostituire una spazzola usurata.

Inoltre è possibile un cortocircuito tra l'armatura e gli avvolgimenti dello statore, che provoca forti scintille nella giunzione commutatore-spazzola o una significativa caduta del campo magnetico.

Per prolungare la durata del motore, devono essere soddisfatte due condizioni: un produttore professionale e un utente competente, ad es. rispetto rigoroso degli orari di lavoro.

Video: Motore elettrico spazzolato

Il motore elettrico è un convertitore speciale. Questa è una macchina in cui l'energia elettrica viene convertita e convertita in energia meccanica. Il principio di funzionamento del motore si basa su induzione elettromagnetica. Esistono anche motori elettrostatici. Senza aggiunte speciali, è possibile utilizzare motori basati su altri principi di conversione dell'elettricità in movimento. Ma poche persone sanno come funziona un motore elettrico e come funziona.

Come funziona il dispositivo

Un motore elettrico CA contiene parti fisse e mobili. I primi includono:

• statore;
• induttore.

Lo statore trova applicazione nelle macchine tipo sincrono e asincrono. L'induttore è utilizzato nelle macchine DC. La parte mobile è costituita da un rotore e da un'armatura. La prima viene utilizzata per dispositivi sincroni e asincroni, mentre l'armatura viene utilizzata per apparecchiature a prestazione costante. La funzione dell'induttore risiede nei motori a bassa potenza. Qui vengono spesso utilizzati i magneti permanenti.

Quando si parla di come funziona un motore elettrico, è necessario determinare a quale classe di attrezzatura appartiene un particolare modello. Nella progettazione di un motore asincrono, il rotore è:

• cortocircuitato;
• fase, cioè con un avvolgimento.

Quest'ultimo tipo viene utilizzato se è necessario ridurre la corrente di avviamento e regolare la velocità di rotazione motore elettrico asincrono. Di solito parliamo di motori elettrici per gru, ampiamente utilizzati nelle installazioni di gru.

La gru ha mobilità e viene utilizzata nelle macchine DC. Può essere un generatore o un motore, nonché un motore universale, che funziona secondo lo stesso principio. Viene utilizzato negli utensili elettrici. In effetti, un motore universale è lo stesso motore con prestazioni costanti, in cui avviene l'eccitazione sequenziale. L'unica differenza riguarda calcoli sugli avvolgimenti. Non c'è reattanza qui. Succede:

• capacitivo;
• induttivo.

Ecco perché qualsiasi utensile elettrico, se l'unità elettronica viene rimossa da esso, può funzionare a corrente continua. Ma allo stesso tempo la tensione nella rete sarà inferiore. Il principio di funzionamento di un motore elettrico è determinato dai componenti di cui è composto e dallo scopo a cui è destinato.

Funzionamento di un motore asincrono trifase

Quando è collegato alla rete, si forma un campo magnetico rotante. Si nota nello statore e penetra attraverso l'avvolgimento del rotore cortocircuitato. Va in induzione. Successivamente, secondo la legge di Ampere, il rotore inizia a ruotare. La frequenza di movimento di questo elemento dipende dalla frequenza della tensione di alimentazione e dal numero di poli magnetici rappresentati a coppie.

La differenza tra la velocità del rotore e il campo magnetico dello statore viene espressa come scorrimento. Motore detto asincrono, perché la frequenza di rotazione del suo campo magnetico è coerente con la frequenza di rotazione del rotore. Un motore sincrono presenta differenze nel design. Il rotore è completato da un magnete permanente o da un elettromagnete. Contiene elementi come una gabbia di scoiattolo per il lancio e magneti permanenti. Anche gli elettromagneti possono svolgere il loro ruolo.

In un motore asincrono la velocità di rotazione del campo magnetico dello statore coincide con quella del rotore. Per l'accensione vengono utilizzati motori elettrici asincroni di tipo ausiliario o un rotore con avvolgimento a gabbia di scoiattolo. I motori asincroni hanno potuto trovare ampia applicazione in tutti i campi tecnici.

Ciò è particolarmente vero per i motori trifase, caratterizzati dalla semplicità del design. Non solo sono convenienti, ma anche più affidabili di quelli elettrici. Non richiedono quasi alcuna cura. Il nome asincrono dato loro è dovuto alla rotazione non sincrona del rotore in tale motore. Se non è presente una rete trifase, tale motore può essere collegato a una rete di corrente monofase.

Lo statore di un motore elettrico asincrono contiene un pacco. Contiene lamiere di acciaio elettrico verniciato il cui spessore è di 0,5 mm. Hanno scanalature dove viene posato l'avvolgimento. Le tre fasi dell'avvolgimento sono collegate tra loro da un triangolo o stella, sfalsati spazialmente di 120 gradi.

Se stiamo parlando del rotore di un motore elettrico, in cui sono presenti anelli collettori nelle scanalature, si nota una situazione simile all'avvolgimento dello statore. Questo è vero se è collegato da una stella o se le estremità iniziali delle fasi sono collegate da tre anelli collettori fissati sull'albero. Quando il motore è in funzione è possibile collegare un reostato alle fasi di avvolgimento per controllare la velocità di rotazione. Dopo un avviamento riuscito, gli anelli collettori vengono cortocircuitati e quindi l'avvolgimento del rotore svolge le stesse funzioni del caso di un prodotto cortocircuitato.

Classificazione moderna

Basandosi sul principio della generazione di coppia, i motori elettrici si dividono in magnetoelettrici e isteresi. L'ultimo gruppo differisce in quanto la coppia qui si forma a causa dell'isteresi quando il rotore è eccessivamente magnetizzato. Tali motori non sono considerati classici e non sono così comuni nell'industria. Le più diffuse sono le modifiche magnetoelettriche, che si dividono in due grandi gruppi, a seconda dell'energia consumata. Questi sono motori AC e DC. Sono disponibili anche modelli universali che possono essere alimentati da entrambi i tipi di corrente elettrica.

Caratteristiche principali

Sarebbe corretto chiamare questi dispositivi elettrici senza fase. Questo perché qui le fasi si scambiano direttamente nel motore. Per questo motivo il motore viene alimentato con uguale successo sia dalla corrente continua che da quella alternata. Questo gruppo è diviso in base al metodo di commutazione di fase e alla presenza di feedback. Sono disponibili nei tipi con valvola e collettore.

Per quanto riguarda il tipo di eccitazione, i motori a collettore si dividono in modelli con autoeccitazione, motori con eccitazione indipendente da magneti permanenti ed elettromagneti. La prima tipologia, a sua volta, si classifica in motori con eccitazione seriale, parallela e mista.

I prodotti senza spazzole o a valvola funzionano con l'elettricità. In essi, la commutazione di fase avviene attraverso una speciale unità elettrica chiamata inverter. Questo processo può essere dotato di feedback quando il sensore di posizione del rotore è attivato o senza feedback. Tale dispositivo può effettivamente essere posizionato come un analogo di un dispositivo asincrono.

Unità di corrente pulsante

Tale motore è elettrico ed è alimentato da una corrente elettrica pulsante. Le sue caratteristiche di progettazione sono simili a quelle dei dispositivi DC. Le sue differenze progettuali rispetto a un motore a prestazioni costanti consistono nella presenza di inserti laminati per il raddrizzamento della corrente alternata. Viene utilizzato su locomotive elettriche con installazioni speciali. Una caratteristica è la presenza di un avvolgimento di compensazione e un numero significativo di coppie polari.

Modifiche AC

Un motore è un dispositivo alimentato da corrente alternata. Queste unità sono asincrone e sincrone. La differenza è che nelle macchine asincrone la forza magnetomotrice dello statore si muove con la velocità di rotazione del rotore. Nelle apparecchiature asincrone esiste sempre una differenza tra la velocità di rotazione del campo magnetico e quella del rotore.

Un motore elettrico sincrono funziona con corrente alternata. Il rotore qui ruota in base al movimento del campo magnetico della tensione di alimentazione. I motori elettrici sincroni sono suddivisi in modifiche con avvolgimenti di campo, con magneti permanenti, nonché modifiche reattive, isteresi, stepper, tipi di dispositivi reattivi ibridi.

Esiste anche il cosiddetto tipo di isteresi reattiva. Vengono prodotti anche modelli con unità passo-passo. Qui, una determinata posizione del rotore viene fissata fornendo energia a determinate aree dell'avvolgimento. Il passaggio ad un'altra posizione si ottiene rimuovendo la tensione da alcuni avvolgimenti e spostandola in altre aree. Si formano modelli di valvola a riluttanza di tipo elettrico alimentazione degli avvolgimenti tramite elementi semiconduttori. Un dispositivo asincrono ha una velocità del rotore diversa dalla frequenza del campo magnetico rotante. È creato dalla tensione di alimentazione. Tali modelli sono oggi più diffusi.

Attrezzatura universale per collezionisti

Tale unità può funzionare con corrente alternata e continua. È realizzato con un avvolgimento di eccitazione serie con potenze fino a 200 W. Lo statore è realizzato in acciaio elettrico speciale. L'avvolgimento di eccitazione è realizzato completamente a tensione costante e parzialmente a tensione variabile. La tensione nominale per la corrente alternata è 127 e 220 V, gli stessi indicatori per il parametro costante sono 110 e 220 V. Sono utilizzati negli utensili elettrici e negli elettrodomestici.

Il funzionamento di un motore elettrico dipende dall'appartenenza a un particolare tipo di apparecchiatura. Le modifiche AC alimentate da una rete industriale a 50 Hz non consentono alla velocità di rotazione di superare i 3000 giri al minuto. Ecco perché, per ottenere frequenze significative, viene utilizzato un motore a collettore di tipo elettrico. È anche più leggero e di dimensioni più ridotte rispetto ai dispositivi a velocità variabile con potenza simile.

A loro riguardo vengono utilizzati speciali meccanismi di trasmissione che trasformano i parametri cinematici del meccanismo in parametri accettabili. Quando si utilizzano convertitori di frequenza e in presenza di una rete ad alta frequenza, i motori CA sono più leggeri e hanno componenti del commutatore più piccoli.

La durata dei modelli asincroni con indicatori variabili è significativamente superiore a quella dei modelli a collettore. È determinato dallo stato dei cuscinetti e dalle caratteristiche dell'isolamento dell'avvolgimento.

Un motore sincrono, dotato di sensore di posizione del rotore e inverter, è considerato l'equivalente elettronico di un motore CC con spazzole. Si tratta infatti di un motore elettrico a commutatore con avvolgimenti statorici collegati in serie. Sono idealmente ottimizzati per l'uso con l'elettricità domestica. Tale modello, indipendentemente dalla polarità della tensione, può essere ruotato in una direzione, poiché il collegamento in serie degli avvolgimenti e del rotore garantisce un cambio di poli dai campi magnetici. Di conseguenza, il risultato rimane diretto in una direzione.

Uno statore in materiale magnetico morbido è adatto al funzionamento con corrente alternata. Ciò è possibile se la sua resistenza all'inversione di magnetizzazione è insignificante. Per ridurre le perdite per correnti parassite, lo statore è costituito da lamierini isolati. Si scopre la composizione. La sua particolarità è che il consumo di corrente è limitato grazie alla reattanza induttiva degli avvolgimenti. Di conseguenza, si stima che la coppia del motore diventi massima e varia da 3 a 5. Per avvicinare i motori per uso generale alle caratteristiche meccaniche, vengono utilizzati avvolgimenti sezionali. Hanno conclusioni separate.

È interessante notare che alcuni tipi di batteri utilizzano un motore elettrico costituito da diverse molecole proteiche per muoversi. È in grado di trasformare l'energia della corrente elettrica sotto forma di movimento di protoni nella rotazione del flagello.

Il modello di movimento alternativo sincrono funziona in modo tale che la parte mobile del dispositivo sia dotata di magneti permanenti. Sono fissati sulla tenda. Per mezzo di elementi fissi, i magneti permanenti sono esposti a un campo magnetico e muovono l'asta in modo alternativo.

I motori elettrici sono unità versatili in grado di convertire l'elettricità in energia meccanica. Oggi esistono varie tipologie e classificazioni di motori elettrici utilizzati negli impianti domestici e industriali. Tali apparecchiature possono differire nel principio di funzionamento, nell'alimentazione da corrente continua o alternata, nella potenza e nello scopo.

Principio di funzionamento e caratteristiche costruttive

Il design del motore elettrico è standard, il che semplifica notevolmente il funzionamento e la riparazione delle apparecchiature. Lo statore e il rotore, che sono gli elementi principali della tecnologia, si trovano all'interno di una scanalatura cilindrica. Quando viene applicata tensione all'avvolgimento stazionario dello statore, viene eccitato un campo magnetico che aziona il rotore e l'albero del motore elettrico.

Il movimento costante del rotore viene mantenuto ricommutando gli avvolgimenti o creando un campo magnetico rotante nello statore. Se il primo metodo per supportare la rotazione dell'albero è tipico delle modifiche dei collettori delle unità, la formazione di un campo magnetico rotante è inerente ai motori asincroni trifase.

L'alloggiamento del motore elettrico può essere realizzato in lega di alluminio o ghisa. In ciascun caso specifico, la scelta del materiale del corpo viene effettuata in base all'ambito di utilizzo dell'attrezzatura e ai parametri di peso richiesti.

Tutti i motori sono realizzati con le stesse dimensioni di installazione, il che semplifica notevolmente la loro installazione e il successivo funzionamento.

Ambito di utilizzo

Lo scopo del motore elettrico è estremamente ampio. Tali unità vengono utilizzate per amplificare la potenza dei segnali elettrici; sono in grado di convertire la corrente continua in corrente alternata e possono essere utilizzate in vari tipi di macchine elettriche. È consuetudine distinguere tra unità destinate all'uso in attrezzature industriali, ingegneria meccanica, su varie macchine di sollevamento e attrezzature speciali. Molto popolari sono anche i motori elettrici a bassa potenza, che vengono utilizzati con successo in vari utensili domestici ed elettrodomestici da cucina.

Classificazione delle apparecchiature

Oggi esistono varie classificazioni dei motori elettrici, che si differenziano per criteri e caratteristiche diverse. A seconda delle caratteristiche della tecnologia, è consuetudine classificarla:

Nella modifica del tipo ad isteresi, la rotazione dell'albero si basa sull'inversione della magnetizzazione del rotore. Tali motori erano popolari in passato, ma oggi il loro design è obsoleto, quindi praticamente non si trovano. I più diffusi sono le unità magnetoelettriche che possono funzionare con corrente alternata o continua, nonché modelli di tipo universale che sono alimentati contemporaneamente con corrente alternata e continua.

Impianti magnetoelettrici

L'uso di modifiche magnetoelettriche dei motori DC consente di ottenere eccellenti caratteristiche dinamiche e operative. A seconda del suo design, ad esempio La tipologia dei motori si divide in due categorie principali:

• con magneti permanenti;
• con elettromagneti.

Negli ultimi anni, le modifiche con elettromagneti, che hanno maggiore potenza, sono più economiche nel funzionamento e consentono di modificare rapidamente i parametri operativi dell'apparecchiatura, sono diventate le più popolari.

Nei motori a collettore, viene utilizzato un gruppo spazzole per collegare le parti rotanti e fisse del motore. Tali gruppi possono essere realizzati con eccitazione indipendente e utilizzo di magneti permanenti, ma esistono anche quelli di tipo autoeccitante con collegamento misto, serie o parallelo. Modifiche molteplici hanno indicatori di affidabilità mediocri. Richiedono una manutenzione competente e tempestiva.

Le unità valvola senza spazzole hanno un sistema chiuso che funziona secondo il principio dei dispositivi sincroni. I motori elettrici brushless di alta qualità sono dotati di un sensore per la lettura della posizione del rotore e dispongono di un convertitore di coordinate, basato sui dati da cui funziona il dispositivo.

I tipi di motori per valvole possono avere dimensioni e potenze diverse. Tali unità sono utilizzate in apparecchiature industriali. Sono inoltre dotati di utensili cordless, giocattoli vari e telefoni cellulari.

I motori CA sincroni includono modifiche in cui il rotore ruota in sincronia con il campo magnetico generato. Una caratteristica speciale di tali unità è la loro elevata potenza, che può raggiungere centinaia di kilowatt. Le principali aree di utilizzo delle apparecchiature sincrone sono i potenti impianti industriali, i generatori eolici e le centrali idroelettriche.

È consuetudine distinguere diverse modifiche dei motori elettrici sincroni:

• passo-passo;
• reattivo;
• con magneti permanenti;
• isteresi reattiva;
• valvola reattiva;
• con avvolgimenti di eccitazione;
• sincrono ibrido.

Per i motori sincroni passo-passo con movimento angolare discreto dell'albero, la posizione del rotore verrà fissata applicando tensione agli avvolgimenti del circuito. La transizione ad un'altra posizione dell'albero viene effettuata rimuovendo l'alimentazione da alcuni avvolgimenti e quindi applicando tensione ad altri avvolgimenti del trasformatore.

Molto utilizzato è anche il motore a riluttanza commutata, il cui avvolgimento è costituito da elementi a semiconduttore. Le unità a riluttanza commutata sono caratterizzate da una maggiore potenza e possono essere controllate completamente elettronicamente, il che consente sia di mantenere la velocità minima che di raggiungere rapidamente la piena potenza alla massima velocità. I vantaggi dei motori sincroni includono:

• velocità di rotazione stabile;
• bassa sensibilità alle variazioni di tensione nella rete;
• possibilità di utilizzo come generatore di corrente;
• consumo energetico minimo.

Tuttavia, i dispositivi sincroni presentano ancora degli svantaggi. Questi includono difficoltà di avviamento, difficoltà di manutenzione e problemi con la regolazione della velocità dell'albero. Lo scopo principale di tali dispositivi sono le potenti apparecchiature industriali, in cui vengono apprezzate le prestazioni delle unità e la loro affidabilità.

Modifiche asincrone

Per i motori CA asincroni, la velocità del rotore sarà diversa dal campo magnetico. Tali unità sono anche chiamate induzione, il che si spiega con il principio di generazione di un campo magnetico che si forma a causa del movimento dello statore. Le modifiche asincrone sono le più diffuse, che si spiega con la semplicità del design, l'affidabilità, la durata, nonché la capacità di implementare sia installazioni industriali pesanti che piccoli motori elettrici destinati all'uso in utensili domestici.

A seconda del tipo di corrente elettrica con cui funzionano tali unità, Solitamente si dividono in tre categorie:

• monofase;
• bifase;
• trifase.

I più diffusi oggi sono i motori asincroni monofase che possono funzionare da una rete elettrica domestica. Una caratteristica dei motori monofase è la presenza di un solo avvolgimento funzionante e un rotore a gabbia di scoiattolo sullo statore. Una corrente alternata monofase viene fornita all'avvolgimento dello statore, azionando il rotore e l'albero del motore. Il rotore stesso ha un nucleo cilindrico con celle riempite di alluminio e pale di ventilazione aperte. I motori monofase a gabbia di scoiattolo vengono utilizzati in dispositivi di piccola potenza, pompe dell'acqua e ventilatori per ambienti.

I motori asincroni bifase sono progettati per l'uso con alimentazione CA monofase. La loro caratteristica è la presenza di due avvolgimenti di lavoro sullo statore, posizionati perpendicolari tra loro. Durante il funzionamento dell'unità, la corrente alternata viene fornita direttamente a un avvolgimento e al secondo attraverso un corrispondente condensatore di sfasamento. All'uscita si forma un campo magnetico rotante che semplifica l'avvio del motore elettrico e successivamente mantiene velocità costantemente elevate.

I motori trifase possono avere una gabbia di scoiattolo e un rotore avvolto. Le unità sono dotate di tre avvolgimenti di lavoro situati sullo statore paralleli tra loro. Quando il motore è collegato a una rete trifase, il campo magnetico presenta uno spostamento spaziale di 120 gradi rispetto all'avvolgimento. La presenza di un campo cortocircuitato facilita la messa in funzione del dispositivo, mantenendo successivamente velocità stabili. Le modifiche ai motori a rotore avvolto sono caratterizzate da una maggiore potenza e vengono utilizzate principalmente nelle apparecchiature industriali.

I vantaggi dei motori elettrici asincroni sono la resistenza ai picchi di tensione e la versatilità di utilizzo. Grazie alla semplicità del design, la loro successiva manutenzione è notevolmente semplificata e l'apparecchiatura stessa è estremamente affidabile e non causa alcun problema durante il funzionamento. A seconda della loro modifica, gli impianti possono funzionare sia da una potente fonte di elettricità in una rete trifase, sia da una rete elettrica domestica, che ne consente l'utilizzo in vari elettrodomestici e tutti i tipi di apparecchi elettrici.

I motori elettrici sono i dispositivi più semplici ed estremamente affidabili ampiamente utilizzati nell'industria e nella vita di tutti i giorni. I tipi di motori elettrici attualmente esistenti consentono di selezionare un'unità che rispetterà pienamente le caratteristiche del suo funzionamento. Con l'aiuto di tali motori è possibile azionare macchine e attrezzature potenti e pompe efficienti. Nessun elettrodomestico può fare a meno del loro utilizzo.