Il principio di funzionamento e il dispositivo del motore elettrico

Qualsiasi motore elettrico è progettato per eseguire un lavoro meccanico dovuto al consumo di elettricità ad esso applicato, che viene solitamente convertito in moto rotatorio. Sebbene nella tecnologia ci siano modelli che creano immediatamente un movimento traslatorio del corpo che lavora. Questi sono chiamati motori lineari.

Negli impianti industriali, i motori elettrici azionano varie macchine per il taglio dei metalli e dispositivi meccanici coinvolti nel processo di produzione tecnologica.

All'interno degli elettrodomestici, i motori elettrici fanno funzionare lavatrici, aspirapolvere, computer, asciugacapelli, giocattoli per bambini, orologi e molti altri dispositivi.

Processi fisici di base e principio di azione

Quando ci si sposta all'interno campo magnetico le cariche elettriche, che si chiamano correnti elettriche, hanno sempre una forza meccanica che tende a deviare la loro direzione in un piano perpendicolare all'orientamento delle linee del campo magnetico.Quando una corrente elettrica passa attraverso un filo metallico o una bobina costituita da esso, questa forza tende a muovere/ruotare ciascun filo percorso da corrente e l'intera bobina nel suo insieme.

La foto sotto mostra un telaio metallico attraversato dalla corrente. Un campo magnetico applicato ad esso crea una forza F per ogni ramo del telaio, che crea un movimento rotatorio.

Questa proprietà dell'interazione dell'energia elettrica e magnetica, basata sulla creazione di una forza elettromotrice in un circuito conduttore chiuso, è messa in atto su ogni motore elettrico. Il suo design include:

• una bobina attraverso la quale scorre una corrente elettrica. È posizionato su uno speciale nucleo di ancoraggio e fissato in cuscinetti rotanti per ridurre la resistenza alle forze di attrito. Questo design è chiamato rotore;

• statore, che crea un campo magnetico, che con le sue linee di forza penetra le cariche elettriche passando lungo le spire dell'avvolgimento del rotore;

• alloggiamento per il posizionamento dello statore. All'interno del corpo sono realizzate apposite sedi, all'interno delle quali sono montate le gabbie esterne dei cuscinetti del rotore.

Il design semplificato del motore elettrico più semplice può essere rappresentato da un'immagine della seguente forma.

Quando il rotore ruota, viene generata una coppia, la cui potenza dipende dal design generale del dispositivo, dalla quantità di energia elettrica applicata e dalle sue perdite durante le conversioni.

L'entità della massima potenza di coppia possibile del motore è sempre inferiore all'energia elettrica ad essa applicata. È caratterizzato dal valore di efficienza.

Tipi di motori elettrici

A seconda del tipo di corrente che scorre attraverso le bobine, sono suddivise in motori CC o CA.Ciascuno di questi due gruppi ha un gran numero di modifiche utilizzando diversi processi tecnologici.

Motori a corrente continua

Hanno un campo magnetico dello statore creato da un fisso fisso magneti permanenti o speciali elettromagneti con bobine di eccitazione. La bobina dell'indotto è montata saldamente nell'albero, che è fissato su cuscinetti e può ruotare liberamente attorno al proprio asse.

La struttura di base di un tale motore è mostrata in figura.

Sul nucleo dell'armatura, realizzato in materiali ferromagnetici, è presente una bobina costituita da due parti collegate in serie, che sono collegate alle piastre collettrici conduttrici da un lato e collegate tra loro dall'altro. Due spazzole di grafite si trovano alle estremità diametralmente opposte dell'armatura e vengono premute contro i cuscinetti di contatto delle piastre del collettore.

Un potenziale di sorgente CC positivo viene applicato al pennello del motivo inferiore e un potenziale negativo a quello superiore. La direzione della corrente che scorre attraverso la bobina è indicata da una freccia rossa tratteggiata.

La corrente fa sì che il campo magnetico abbia un polo nord in basso a sinistra dell'armatura e un polo sud in alto a destra dell'armatura (regola cardanica). Ciò comporta la repulsione dei poli del rotore da quelli fissi con lo stesso nome e l'attrazione verso i poli opposti dello statore. Come risultato della forza applicata, si verifica un movimento rotatorio, la cui direzione è indicata da una freccia marrone.

Con un'ulteriore rotazione dell'armatura per inerzia, i poli vengono trasferiti ad altre piastre collettori. La direzione della corrente in essi è invertita. Il rotore continua a ruotare ulteriormente.

Il semplice design di un tale dispositivo collettore porta a grandi perdite di energia elettrica.Tali motori funzionano in dispositivi di design semplice o giocattoli per bambini.

I motori elettrici a corrente continua coinvolti nel processo produttivo hanno un design più complesso:

• la bobina non è divisa in due, ma in più parti;

• ogni sezione della bobina è montata su un proprio polo;

• il dispositivo collettore è realizzato con un certo numero di piazzole di contatto in funzione del numero di spire.

Di conseguenza, viene creata una connessione regolare di ciascun polo attraverso le sue piastre di contatto alle spazzole e alla sorgente di corrente e le perdite di energia vengono ridotte.

Il dispositivo di tale ancoraggio è mostrato nella foto.

Nei motori a corrente continua, il senso di rotazione del rotore può essere invertito. Per fare ciò, è sufficiente cambiare il movimento della corrente nella bobina al contrario cambiando la polarità alla sorgente.

Motori a corrente alternata

Differiscono dai modelli precedenti in quanto la corrente elettrica che scorre nella loro bobina è descritta da legge armonica sinusoidalecambiando periodicamente la sua direzione (segno). Per alimentarli viene fornita tensione da generatori a segno alternato.

Lo statore di tali motori è eseguito da un circuito magnetico. È costituito da piastre ferromagnetiche con scanalature in cui sono posizionate le spire della bobina con una configurazione a telaio (bobina).

Motori elettrici sincroni

La foto sotto mostra il principio di funzionamento di un motore CA monofase con rotazione sincrona dei campi elettromagnetici del rotore e dello statore.

Nelle scanalature del circuito magnetico dello statore alle estremità diametralmente opposte, sono posizionati fili di avvolgimento, mostrati schematicamente sotto forma di un telaio attraverso il quale scorre una corrente alternata.

Consideriamo il caso dell'istante corrispondente al passaggio della parte positiva della sua semionda.

Nelle celle portanti ruota liberamente un rotore con un magnete permanente incorporato, in cui la «bocca N» settentrionale e la «bocca S» meridionale del polo sono chiaramente definite. Quando una semionda positiva di corrente scorre attraverso l'avvolgimento dello statore, in esso si crea un campo magnetico con i poli «S st» e «N st».

Nascono forze di interazione tra i campi magnetici del rotore e dello statore (con i poli che si respingono e diversamente dai poli che si attraggono) che tendono a far ruotare l'armatura del motore da qualsiasi posizione all'estremo quando i poli opposti si trovano il più vicino possibile l'uno all'altro un altro.

Se consideriamo lo stesso caso, ma per il momento in cui il contrario - una semionda negativa di corrente passa attraverso il filo del telaio, allora la rotazione dell'armatura avverrà nella direzione opposta.

Per garantire il movimento continuo del rotore nello statore, non viene realizzato un telaio di avvolgimento, ma un certo numero di essi, dato che ciascuno di essi è alimentato da una sorgente di corrente separata.

Principio di funzionamento di un motore AC trifase con rotazione sincrona, i campi elettromagnetici del rotore e dello statore sono mostrati nella figura seguente.

In questo progetto, tre bobine A, B e C sono montate all'interno del circuito magnetico dello statore, sfalsate di angoli di 120 gradi l'una rispetto all'altra. La bobina A è contrassegnata in giallo, B è verde e C è rossa. Ogni bobina è realizzata con gli stessi telai del caso precedente.

Nell'immagine, in ogni caso, la corrente scorre attraverso una sola bobina nella direzione avanti o indietro, che è indicata dai segni «+» e «-«.

Quando la semionda positiva attraversa la fase A in avanti, l'asse del campo del rotore assume una posizione orizzontale, perché i poli magnetici dello statore si formano in questo piano e attirano l'armatura mobile. I poli opposti del rotore tendono ad avvicinarsi ai poli dello statore.

Quando la semionda positiva entra nella fase C, l'armatura ruoterà di 60 gradi in senso orario. Una volta applicata la corrente alla fase B, si verificherà una rotazione dell'armatura simile. Ogni successivo flusso di corrente nella fase successiva dell'avvolgimento successivo farà girare il rotore.

Se a ciascun avvolgimento viene applicata una tensione di rete trifase spostata di un angolo di 120 gradi, in essi circoleranno correnti alternate che ruoteranno l'armatura e creeranno la sua rotazione sincrona con il campo elettromagnetico applicato.

Lo stesso design meccanico viene utilizzato con successo in un motore passo-passo trifase... Solo in ogni avvolgimento tramite controllo controller speciale (driver del motore passo-passo) Gli impulsi costanti vengono applicati e rimossi secondo l'algoritmo sopra descritto.

Il loro avvio avvia un movimento rotatorio e la loro conclusione in un determinato momento fornisce una rotazione misurata dell'albero e un arresto ad un angolo programmato per eseguire determinate operazioni tecnologiche.

In entrambi i sistemi trifase descritti è possibile cambiare il senso di rotazione dell'indotto. Per fare ciò, devi solo cambiare la sequenza delle fasi «A» — «B» — «C» in un'altra, ad esempio «A» — «C» — «B».

La velocità del rotore è regolata dalla lunghezza del periodo T. La sua riduzione porta ad un'accelerazione della rotazione.L'entità dell'ampiezza della corrente nella fase dipende dalla resistenza interna dell'avvolgimento e dal valore della tensione ad esso applicata. Determina la quantità di coppia e potenza del motore elettrico.

Motori asincroni

Questi modelli di motore hanno lo stesso circuito magnetico dello statore con avvolgimenti come nei modelli monofase e trifase discussi in precedenza. Prendono il nome dalla rotazione asincrona dei campi elettromagnetici dell'armatura e dello statore. Questo viene fatto migliorando la configurazione del rotore.

Il suo nucleo è costituito da piastre di acciaio elettrico scanalate. Sono dotati di conduttori di corrente in alluminio o rame, che sono chiusi alle estremità dell'armatura con anelli conduttivi.

Quando la tensione viene applicata agli avvolgimenti dello statore, una corrente elettrica viene indotta nell'avvolgimento del rotore dalla forza elettromotrice e viene creato un campo magnetico di armatura. Quando questi campi elettromagnetici interagiscono, l'albero motore inizia a ruotare.

Con questo design, il movimento del rotore è possibile solo dopo il verificarsi di un campo elettromagnetico rotante nello statore e continua con esso in modalità asincrona.

I motori asincroni sono più semplici nel design, quindi sono più economici e sono ampiamente utilizzati negli impianti industriali e negli elettrodomestici.

Motore elettrico antideflagrante ABB

Motori lineari

Molti organi di lavoro di meccanismi industriali eseguono movimenti alternativi o traslatori su un piano, necessari per il funzionamento di macchine per la lavorazione dei metalli, veicoli, colpi di martello durante la guida di pile ...

Lo spostamento di un tale corpo di lavoro mediante riduttori, viti a ricircolo di sfere, trasmissioni a cinghia e dispositivi meccanici simili da un motore elettrico rotativo complica il progetto. La moderna soluzione tecnica a questo problema è il funzionamento di un motore elettrico lineare.

Il suo statore e rotore sono allungati sotto forma di strisce, piuttosto che avvolti in anelli, come nei motori elettrici rotanti.

Il principio di funzionamento è quello di impartire un movimento lineare alternativo al rotore del rotore a causa del trasferimento di energia elettromagnetica da uno statore stazionario con un circuito magnetico aperto di una certa lunghezza. Al suo interno viene creato un campo magnetico funzionante attivando in sequenza la corrente.

Agisce sull'avvolgimento dell'armatura con un collettore. Le forze che sorgono in un tale motore spostano il rotore solo in una direzione lineare lungo gli elementi di guida.

I motori lineari sono progettati per funzionare a corrente continua o alternata e possono funzionare in modalità sincrona o asincrona.

Gli svantaggi dei motori lineari sono:

• la complessità della tecnologia;

• alto prezzo;

• bassa efficienza energetica.