Motor electric

Această intrare sau secțiune despre subiectul mașinilor nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Animație care arată funcționarea unui motor electric cu curent continuu

Un motor electric este o anumită mașină electrică rotativă, dar nu exclusiv, care transformă energia electrică de intrare, aplicată la bornele de alimentare, în energia mecanică de ieșire pusă la dispoziție pe axa motorului . ^[1] Acest tip de mașină electrică se bazează, similar cu ceea ce se întâmplă în generatorul electric , pe forțele electromagnetice care interacționează între un sistem de curenți și un câmp magnetic . ^[2]

Tipuri de motoare electrice

Diviziunea cunoscută este între motoarele de curent continuu (DC) și curent alternativ (AC). Cu toate acestea, nu este o clasificare extrem de precisă, deoarece există motoare similare constructiv cu curent continuu care pot fi alimentate și în curent alternativ, numite motoare hibride. Se pot face diferențieri diferite pe baza altor referințe: de exemplu, distincția dintre motoarele sincrone, în care viteza de rotație a axei este limitată în mod rigid la frecvența tensiunii de alimentare ^[3] și asincronă, în care viteza axei rotația este întotdeauna mai mică decât viteza de rotație a câmpului rotativ care depinde de frecvența tensiunii de alimentare ^[4] ; prin urmare, una dintre clasificările în care pot fi împărțite motoarele electrice sunt motorul asincron , motorul sincron, motorul cu curent continuu, motorul cu curent alternativ , motorul monofazat , motorul trifazat și motorul pas cu pas ^[5] .

Operațiune

Detaliu motor electric.

Motorul electric, precum și alternatorul, sunt alcătuite din:

• Stator
• Rotor

Aceste componente generează un câmp magnetic , care poate fi generat prin utilizarea magneților permanenți sau prin înfășurări electrice în fante prezente într-un miez de foi de fier sau ferită ( electromagnet ).

Motor DC

Același subiect în detaliu: motor DC .

Aceste motoare sunt alimentate de o rețea sau altă sursă care eliberează sau generează o tensiune directă, aceste motoare sunt foarte eterogene, deoarece există multe configurații, care se caracterizează prin operații care nu se suprapun.

Tradiţional

Schema principiului de funcționare

Motorul este caracterizat de un stator (care înconjoară rotorul) cu un câmp magnetic staționar (BLDCM), care se caracterizează prin prezența unuia sau mai multor perechi de poli (magneți, electromagneti etc.), în timp ce rotorul (care se rotește scufundat în stator) este de tipul plăgii, compus din fire de cupru , care creează un câmp electromagnetic atunci când curge curent. Interacțiunea dintre aceste două câmpuri magnetice concentrice induce rotația rotorului, deoarece câmpul magnetic al rotorului tinde să se alinieze cu cel al statorului similar cu ceea ce se întâmplă pentru acul busolei care se aliniază cu câmpul magnetic al pământului. În timpul rotației, sistemul format din perii și comutator comută sursa de alimentare electrică la înfășurările rotorului astfel încât câmpul magnetic al statorului și cel al rotorului să nu atingă niciodată alinierea perfectă, obținând astfel continuitatea rotației.

Acest motor este alimentat de curent continuu și, datorită sistemului de perii împreună cu colectorul sectorial, este garantată o poziție constantă a câmpului magnetic, deoarece colectorul este împărțit în sectoare conectate fiecare la înfășurarea corespunzătoare a rotorului, alimentează selectiv înfășurările corespunzătoare . În timpul transformării, o parte modestă a energiei se pierde din cauza efectului Joule . Având în vedere principiul de funcționare, un motor electric face întotdeauna rotirea arborelui de antrenare; o mișcare liniară alternativă poate fi obținută folosind un glif oscilant , o componentă mecanică care transformă mișcarea rotativă într-un rectiliniu oscilant.

Acest motor poate fi utilizat și reversibil ca generator electric , care absoarbe energia mecanică. Acest lucru fără a suferi nicio modificare a structurii sale, permițând astfel versatilitatea sa foarte largă, care îi permite să treacă de la o operațiune la alta, rapid și fără măsuri externe care vizează motorul, altul decât schimbarea configurației.

Motor pas cu pas

Același subiect în detaliu: motor pas cu pas .

Motoarele pas cu pas, deseori numite pas cu pas, pas sau pas cu pas, sunt considerate alegerea ideală pentru toate acele aplicații care necesită precizie în deplasarea unghiulară și viteza de rotație, cum ar fi robotica , suporturile telescopului și servomecanismele în general. Cu toate acestea, în ultima vreme, pentru aplicații de ultimă generație, acestea sunt adesea înlocuite de motoare fără perii (unde comutația este controlată electronic) sau de actuatoare cu bobină vocală.

Motor fără perii

Același subiect în detaliu: Motor fără perii .

Motorul fără perii (literalmente „fără perii”) este un motor electric cu curent continuu cu un rotor cu magnet permanent și un stator de câmp magnetic rotativ. Prin urmare, nu are nevoie de contacte electrice glisante ( perii ) pe arborele motorului pentru a funcționa. Comutarea curentului care circulă în înfășurările statorului și, prin urmare, variația orientării câmpului magnetic generat de acestea, are loc electronic. ^[6] Acest lucru are ca rezultat o rezistență mecanică mai mică, elimină posibilitatea formării scânteilor pe măsură ce viteza de rotație crește și reduce considerabil nevoia de întreținere periodică. Motoarele fără perii sunt folosite foarte mult în modelarea dinamică.

Motor universal sau motor DC de excitație separat

Este o formă specială de mașină cu curent continuu, care datorită utilizării statorului și rotorului înfășurat, permite utilizarea acestuia chiar și cu curenți alternativi, făcând mașina universală, deoarece poate funcționa atât cu curenți direcți, cât și cu curenți alternativi, fără a suferi nicio modificare.

Această mașină permite, de asemenea, un control excelent și ușor al caracteristicilor sale de funcționare, făcându-l ideal pentru utilizare în tracțiune, de fapt, chiar dacă are un randament maxim mai mic decât alte mașini, permite un randament mediu mai mare, precum și flexibilitate. operațional, motiv pentru care această motorizare a fost preferată față de cele asincrone, care în schimb sunt caracterizate printr-un control mai greu de implementat și determinat.

Motor AC

Același subiect în detaliu: motor de curent alternativ .

Acest tip de motor funcționează prin alimentarea cu curent alternativ și printre acestea se încadrează și motorul universal, care este un motor cu curent continuu adaptat prin intermediul unui înfășurare stator la linia alternativă.

Motor sincron

Același subiect în detaliu: Motor sincron .

Motor sincron rotativ; sunt evidențiați vectorii de inducție magnetică care se referă la înfășurarea rotorului și responsabili de rotație

Este un tip de motor electric în curent alternativ în care statorul, în general trifazat, generează un câmp magnetic rotativ de tip permanent (PMSM, Motor sincron cu magnet permanent). Viteza sa este constantă indiferent de sarcină. Este o mașină dublă excitată, deoarece înfășurarea sa de câmp este excitată de o sursă de curent continuu separată. ^[7] În rotor există un câmp magnetic (generat de un magnet permanent sau o înfășurare alimentată continuu) care este atras de câmpul magnetic rotativ al statorului, generând cuplul de antrenare .

Motor asincron

Același subiect în detaliu: Motor asincron .

Motorul asincron este un tip de motor electric în curent alternativ în care frecvența de rotație nu este egală cu sau un submultiplu al frecvenței de rețea, adică nu este „sincron” cu acesta, nu este practic „agățat” de frecvența de rețea ; de aceea diferă de motoarele sincrone. Motorul asincron se mai numește motor cu inducție în virtutea principiului său de funcționare.

Motor liniar

Același subiect în detaliu: Motor liniar .

Dacă raza rotorului ar fi făcută să se întindă până la infinit, aceasta ar deveni o linie dreaptă (centrul razei la infinit) și mașina ar presupune o geometrie liniară: practic statorul și rotorul sunt derulate pe plan.

Acest motor se numește motor sincron liniar și își găsește aplicația atât în ​​tracțiunea de mare viteză ( tren de levitație magnetică , JR-Maglev ), cât și în manipularea sarcinilor și pieselor pentru aplicații robotizate și pentru realizarea actuatoarelor liniare .

Serviciu

Motoarele electrice, în funcție de designul și tipul de utilizare, pot fi utilizate în anumite moduri, clasificate după cum urmează: ^[8]

• S1 o Funcționare continuă motorul poate funcționa fără pauză, cu sarcina constantă rămânând în condiții de echilibru termic.
• S2 o Serviciu cu durată limitată , motorul poate funcționa alternând perioade de serviciu cu perioade de pauză pentru a restabili regimul rece; perioadele de pauză au o durată egală sau mai mare decât cele de serviciu și timpul de serviciu este în general specificat în minute.
• S3 sau serviciu periodic intermitent există o succesiune de perioade de încărcare urmate de deconectări de la sursa de energie.
  Serviciul este marcat ca procent cu un raport de intermitență ts / (ts + tp) și de durata ciclului.
• S4 sau Serviciu periodic intermitent cu pornire există o succesiune periodică de faze de pornire care afectează semnificativ încălzirea, urmată de faze de încărcare urmate de deconectări de la sursa de energie. Comparativ cu „S3”, este specificat și numărul de cicluri într-o oră.
• S5 o Serviciu periodic intermitent cu frânare electrică motorul funcționează cu o succesiune periodică de pornire, sarcină constantă, o fază de frânare electrică și o pauză cu deconectare de la rețea. Totul este indicat ca în „S4”, cu indicație suplimentară a tipului de frânare și a momentului cuplului rezistent în timpul frânării.
• S6 o Serviciu periodic neîntrerupt cu încărcare intermitentă motorul funcționează continuu, dar alternează perioade de sarcină constantă cu perioade de funcționare fără sarcină. Desemnarea acestui serviciu este de același tip cu serviciul S3.
• S7 o Serviciu periodic neîntrerupt cu frânare electrică există o lucrare continuă de către motor, care alternează fazele de pornire, funcționarea la sarcină constantă și o fază de frânare electrică. Desemnarea acestui serviciu este de același tip cu serviciul S5.
• S8 o Serviciu periodic neîntrerupt cu variații corelate de sarcină și viteză există o funcționare continuă, caracterizată printr-o perioadă de funcționare la sarcină constantă la o viteză de rotație predeterminată, urmată de una sau mai multe perioade de funcționare cu alte sarcini constante corespunzătoare diferitelor viteze de rotație , toate de durată egală. Pentru a desemna serviciul, abrevierea S8 este urmată de momentele de inerție ale motorului și de sarcina raportată la axa motorului, de indicațiile de sarcină, viteză și raport de intermitență pentru fiecare regim caracterizat printr-o anumită viteză.
• S9 o Service cu variații non-periodice de sarcină și viteză de service în care, în general, sarcina și viteza variază într-un mod non-periodic în domeniul de funcționare admisibil. Acest serviciu include suprasarcini aplicate frecvent, care pot fi cu mult peste valorile de încărcare completă.

Performanță ^[9]

De-a lungul anilor, au fost definite diferite niveluri minime de eficiență pentru a se încadra în anumite clase sau niveluri, primul model a luat în considerare variabilitatea eficienței unui motor electric pe baza puterii sale nominale, a fost proiectat în 1998 cu un acord între „Comitetul sectorului european al producătorilor de mașini electrice și electronice de putere” (CEMEP) și „Comisia Europeană”, care au definit 3 clase în funcție de puterea motorului electric (2 sau 4 poli) și eficiența acestuia, aceste clase de eficiență sunt :

• Motoare EFF1 de înaltă eficiență
• Performanță standard EFF2
• Motoare cu eficiență redusă EFF3

Ulterior, alte continente au dezvoltat și alte sisteme de evaluare a performanței, ceea ce a determinat Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) să lanseze un standard definit cu IEC 60034-30: 2008 cu noile scale de eficiență:

• Eficiența standard IE1 (similară cu EFF2)
• Eficiență ridicată IE2 (similară cu EFF1)
• Eficiență IE3 premium (echivalent cu American NEMA PREMIUM la 60Hz)
• Eficiență IE4 super premium

În general, un motor asincron are o eficiență cuprinsă între 0,67 și 0,97 de la motoare mici la mari, de exemplu în mileniul al treilea, eficiența maximă care poate fi atinsă este de aproximativ 0,95 pentru puteri de 45kw și doar 0,85 pentru puteri de 4 kw ^[10]

Eficiența motoarelor fără perii poate fi de asemenea aproape de 1 (între 0,9 și 1) în anumite condiții, în general în funcție de condițiile de funcționare, variază între 0,8 și 0,95, în timp ce invertorul care controlează motorul are o eficiență care variază în general între 0,8 și aproape 1, prin urmare eficiența combinată este între 0,77 și 0,93 în funcție de starea de funcționare ^[11] .

Motoarele cu inducție permit o gestionare mai bună la sarcini parțiale, menținând o eficiență mai constantă asupra arcului de utilizare, acest lucru se datorează faptului că un motor cu inducție intensitatea câmpului magnetic din rotor este determinată de câmpul magnetic din stator și, prin urmare, , folosind un invertor avansat, este posibil să se reducă intensitatea câmpului magnetic din rotor prin simpla scădere a tensiunii, scăzând astfel pierderile magnetice și optimizând eficiența la sarcini reduse, spre deosebire de un motor fără perii unde nu este posibilă implementarea unui cale pentru scăderea intensității câmpului magnetic din rotor (cu magneți permanenți) pentru a limita pierderile parazitare și histerezis.
Aceasta înseamnă că eficiența energetică pentru o unitate de curent continuu fără perii va fi de obicei cu câteva puncte procentuale mai mare decât o unitate de inducție, dar beneficiul scade rapid pe măsură ce dimensiunea motorului crește, deoarece pierderile magnetice cresc proporțional și eficiența sarcinii parțiale scade cu aceeași viteză . ^[12]

Pilotare

În funcție de structura lor, motoarele electrice pot fi acționate în moduri diferite, mai mult sau mai puțin simple și într-un mod mai mult sau mai puțin extins.

În trecut, motoarele de curent continuu erau utilizate pentru tracțiune, acționate de reostat. Ulterior, s-au folosit motoare de curent continuu cu excitație separată și, prin urmare, caracterizate prin rotor înfășurat și stator (cunoscut și sub numele de motor universal ), aceste motoare, în ciuda faptului că sunt caracterizate de un consum mai mare decât motorul de curent continuu fără perii (rotor cu magnet permanent) permit o reglare mai mare și mai ușoară a motorul, precum și o eficiență mai constantă la toate turațiile, permițând modificarea curenților de armătură (rotor) și excitație (stator) prin utilizarea invertoarelor vectoriale.

Cunoștințele derivate din aceste aplicații au făcut posibilă, cu ajustările relative, posibilitatea de a conduce motoarele asincrone cu aceeași eficiență, dar în acest caz sunt pilotate cele două componente ale curentului statorului, dintre care una generează partea fluxului statorului care interacționează cu fluxul rotorului, în timp ce celălalt compensează acțiunea demagnetizantă a curentului rotorului.

Pentru a face acest lucru și, prin urmare, a conduce motorul asincron, este necesar să cunoașteți axa fluxului rotorului pentru fiecare moment pentru a determina cele două componente ale curentului statorului, posibil printr-o putere de calcul imensă în timp real, grație utilizării computerelor și a unui algoritm care interpretează funcționarea motorului printr-un model matematic, care necesită cunoașterea inductanțelor și rezistențelor, care variază în funcție de temperatura și saturația circuitului magnetic. ^{[13] [14]}

Pentru a acționa motorul fără perii (în curent continuu fără perii), este necesar invertorul vector, care trebuie să cunoască poziția corectă a rotorului față de stator (senzorul de poziție absolută), în timp ce acționarea motoarelor cu inducție (dar și pentru motoarele universale ) se realizează cu ajutorul unui senzor de turație a motorului.

Notă

Bibliografie

• Luigi Olivieri și Edoardo Ravelli, Electrotehnică , vol. 2, ediția a XII-a, Padova, CEDAM - Editura Dott. Antonio Milani, 1972.

Elemente conexe

• AC
• Perii (electrotehnică)
• Motor AC
  • Motor asincron
  • Motor sincron
  • Motor monofazat
  • Motor trifazat
• Curent continuu
• Motor DC
  • Motor liniar
  • Motor fără perii
  • Motor pas cu pas
• Motor electric de tracțiune
• Vehicul electric
• Propulsie electrică pentru spațiu

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema „ motor electric ”
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe motor electric

linkuri externe

• Motor electric , pe Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
• ( EN )Motor electric , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Motoare electrice , pe digilander.libero.it .
• Motoare electrice italiene , pe cmesrl.com .
• Forumul motoarelor electrice pe forumul PLC ^{[ link rupt ]} , pe plcforum.it .
• Motor electric , în Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.

Portal electrotehnic

Portal de inginerie

Portal de știință și tehnologie