Motori sincroni a bassa potenza

Motori elettrici sincroni a bassa potenza (micromotori) utilizzati in sistemi di automazione, vari elettrodomestici, orologi, macchine fotografiche, ecc.

La maggior parte dei motori elettrici sincroni di bassa potenza differiscono dalle macchine di prestazioni normali solo per il design del rotore, che, di regola, non ha un avvolgimento di campo, anelli collettori e spazzole premuti contro di essi.

Per generare la coppia, il rotore è costituito da una lega magnetica dura, seguita da una singola magnetizzazione in un forte campo magnetico pulsato, per cui i poli conservano successivamente la magnetizzazione residua.

Quando viene utilizzato un materiale magnetico morbido, il rotore riceve una forma speciale che fornisce una diversa resistenza magnetica al suo nucleo magnetico nelle direzioni radiali.

I motori sincroni a magneti permanenti hanno un rotore cilindrico a poli convessi in lega magnetica dura e un avvolgimento di avviamento a gabbia di scoiattolo.

Al momento dell'avviamento, il motore sincrono funziona come un motore a induzione e la sua coppia iniziale viene creata dall'interazione del campo magnetico rotante dello statore con le correnti da esso indotte nell'avvolgimento del rotore in cortocircuito. Quando il motore viene avviato nello stato eccitato, il campo magnetico dei magneti permanenti del rotore rotante induce e nell'avvolgimento dello statore. eccetera. v. frequenza variabile e questo provoca correnti per le quali si verifica la coppia frenante.

La coppia risultante sull'albero motore è determinata dalla somma dei momenti dovuti al cortocircuito dell'avvolgimento e dell'effetto frenante, cioè che dipende dallo scorrimento. Durante l'accelerazione del rotore, questa coppia raggiunge un valore minimo che, con la corretta selezione dell'avvolgimento di avviamento, dovrebbe essere maggiore della coppia nominale.

Quando la velocità si avvicina a quella sincrona, il rotore, a seguito dell'interazione del campo dei magneti permanenti con il campo magnetico rotante dello statore, viene trascinato in sincronismo e quindi ruota a velocità sincrona.

Il funzionamento di un motore sincrono a magneti permanenti differisce poco da quello di un motore sincrono avvolto.

I motori a resistenza sincrona hanno un rotore a poli salienti realizzato in un materiale magnetico morbido con cavità o fessure, quindi la sua resistenza magnetica nelle direzioni radiali è diversa. Il rotore cavo è costituito da lamiere stampate di acciaio elettrico e presenta una bobina di avviamento in cortocircuito. Esistono rotori realizzati in materiale ferromagnetico solido con cavità simili.Il rotore sezionale è costituito da fogli di acciaio elettrico fusi con alluminio o altro materiale diamagnetico, che funge da avvolgimento di cortocircuito.

Quando l'avvolgimento dello statore è acceso, viene fatto ruotare un campo magnetico rotante e il motore si avvia in modo asincrono. Dopo aver completato l'accelerazione del rotore alla velocità sincrona, sotto l'azione della coppia reattiva dovuta alla differenza di resistenza magnetica nelle direzioni radiali, entra in sincronismo e si trova rispetto al campo magnetico rotante dello statore, in modo che la sua resistenza magnetica a questo campo è la più piccola.

Comunemente, i motori sincroni a resistenza sono prodotti con potenza nominale fino a 100 W, e talvolta anche superiore se attribuiscono particolare importanza alla semplicità del design e alla maggiore affidabilità. A parità di dimensioni, la potenza nominale dei motori sincroni a resistenza è 2-3 volte inferiore alla potenza nominale dei motori sincroni a magneti permanenti, ma sono più semplici nel design, si differenziano per il costo inferiore, il loro fattore di potenza nominale non supera 0,5 e il l'efficienza nominale è fino a 0,35 — 0,40.

I motori sincroni a isteresi hanno un rotore in lega magnetica dura con un ampio circuito di isteresi… Per risparmiare questo materiale costoso, il rotore è costituito da una costruzione modulare, in cui l'albero è fissato a un manicotto in materiale ferro- o diamagnetico, ed è un cilindro pieno o cavo rinforzato assemblato da piastre serrate con un anello di bloccaggio su esso.L'uso di una lega magnetica dura per la fabbricazione del rotore porta al fatto che quando il motore è in funzione, le onde di distribuzione dell'induzione magnetica sulle superfici dello statore e del rotore vengono spostate l'una rispetto all'altra di un certo angolo, chiamato l'angolo di isteresi, che provoca la comparsa di una coppia di isteresi, diretta alla rotazione del rotore.

La differenza tra motori sincroni a magneti permanenti e motori sincroni a isteresi è che nei primi il rotore è premagnetizzato in un forte campo magnetico pulsato durante la produzione della macchina, mentre nei secondi è magnetizzato dal campo magnetico rotante dello statore.

Quando si avvia un motore sincrono con isteresi, oltre al momento di isteresi principale nelle macchine con rotore solido, si verifica una coppia asincrona dovuta a correnti parassite nel circuito magnetico del rotore, che contribuisce all'accelerazione del rotore, al suo ingresso in sincronismo e ulteriore funzionamento a velocità sincrona con spostamento costante del rotore rispetto al campo magnetico rotante dello statore di un angolo determinato dal carico sull'albero della macchina.

I motori sincroni ad isteresi funzionano sia in modalità sincrona che asincrona, ma in quest'ultimo caso con basso scorrimento. I motori sincroni con isteresi si distinguono per un'elevata coppia di spunto, ingresso regolare nel sincronismo, una leggera variazione di corrente entro il 20-30% durante il passaggio dalla modalità di riposo alla modalità di cortocircuito.

Questi motori hanno prestazioni migliori rispetto ai motori sincroni a riluttanza, si distinguono per semplicità di progettazione, affidabilità e silenziosità, dimensioni ridotte e peso contenuto.

L'assenza di un avvolgimento corto fa oscillare il rotore sotto carico variabile, il che porta a una certa irregolarità della sua rotazione, che limita la gamma di applicazioni di macchine prodotte con una potenza nominale fino a 400 W per frequenze industriali e maggiori , sia a velocità singola che doppia.

Il fattore di potenza nominale dei motori sincroni a isteresi non supera 0,5 e l'efficienza nominale raggiunge 0,65.

I motori sincroni ad isteresi di riluttanza hanno uno statore a poli salienti con una bobina posta su un nucleo magnetico assemblato da due fasci simmetrici di lamiere elettriche in acciaio con un giunto all'interno del telaio della bobina. Il circuito magnetico ha due poli tagliati in parti uguali da una scanalatura longitudinale, e su uno di essi sono presenti spire cortocircuitate su ciascun polo. Tra questi poli divisi vi è un rotore composto da più sottili anelli a ponte di acciaio duro magnetico temprato, montato su una puleggia collegata ad un riduttore che riduce la velocità dell'albero di uscita a poche centinaia o poche decine di giri al minuto.

Quando si accende l'avvolgimento dello statore, a causa delle spire cortocircuitate, si crea uno sfasamento nel tempo tra i flussi magnetici delle parti non schermate e schermate dei poli, che porta all'eccitazione del campo magnetico rotante risultante. Questo campo che interagisce con il rotore contribuisce alla comparsa di coppie asincrone e di isteresi, provocando l'accelerazione del rotore, che, raggiunta la velocità sincrona, sotto l'influenza di coppie reattive e di isteresi, entra in sincronismo e ruota nella direzione dal parte non schermata del polo alla sua parte schermata dove gira il cortocircuito.

Ho motori reversibili, invece di cortocircuitare, vengono utilizzati quattro avvolgimenti, che si trovano sulle due parti di ciascun polo diviso, e per il senso di rotazione accettato del rotore, la corrispondente coppia di avvolgimenti viene cortocircuitata.

I motori sincroni a isteresi reattiva hanno dimensioni e peso relativamente grandi, la loro potenza nominale non supera i 12 μW, funzionano con un fattore di potenza molto basso e la loro efficienza nominale non supera 0,01.

I motori passo-passo sincroni controllano che gli impulsi elettrici vengano convertiti in un determinato angolo di rotazione, implementato in modo discreto. Hanno uno statore, sul cui circuito magnetico sono presenti due o tre bobine identiche spostate spazialmente collegate in serie a una fonte di energia elettrica sotto forma di impulsi rettangolari frequenza regolabile. Sotto l'influenza degli impulsi di corrente, i poli dello statore vengono rispettivamente magnetizzati con polarità variabile. Il cambio di direzione delle correnti negli avvolgimenti dello statore porta ad una corrispondente inversione della magnetizzazione dei poli e all'instaurazione di una nuova polarità opposta.

Il rotore del polo saliente dei motori passo-passo può essere attivo e reattivo. Un rotore attivo ha una bobina di campo a corrente continua, collettori rotanti e spazzole o un sistema di magneti permanenti con polarità alternata, mentre un rotore reattivo è realizzato senza bobina di campo.

Il numero di poli sul rotore di un motore passo-passo è la metà del numero di poli sullo statore. Ogni commutazione degli avvolgimenti dello statore ruota il campo magnetico risultante della macchina e fa muovere il rotore in modo sincrono di un passo.Il senso di rotazione del rotore dipende dalla polarità dell'impulso applicato al corrispondente avvolgimento dello statore.

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