Sensor Technology

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Il motore elettrico è un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica, utilizza l'elettricità e un campo magnetico per produrre una coppia motrice per ruotare il rotore, e quindi fornire lavoro meccanico.

A seconda dell'applicazione in cui il motore viene utilizzato, i motori sono comandati da sistemi di controllo computerizzati, come i controlli logici a stato solido, o i controllori logici programmabili (PLC) per comandare e gestire la loro coppia motrice, le velocità, il lavoro o l'energia erogati. I regolatori di motore possono avere molte funzioni di controllo di un motore tra cui, ma non solo, l'avvio, l'arresto, la protezione da sovracorrente, la protezione da sovraccarichi, l'inversione, il cambio di velocità, il comando a impulsi, frenatura, nonché controllo di sequenza. I regolatori di motore variano da semplici a complessi, e sono in grado di fornire il controllo a un motore o a gruppi di motori.

I motori sono classificati in generale in due categorie: i motori CA e quelli CC, in base alla sorgente di energia elettrica utilizzata.

Tipi di motore CC: serie, derivazione-parallelo e composto in base al cablaggio delle bobine di campo e dei circuiti a bobine indotti. Altri tipi di motori CC sono i motori a magnete permanente (PMDC) e i motori a eccitazione separata.

Tipi di motore CA: motori a induzione CA (noti anche come motori asincroni) e motori sincroni. Sono ulteriormente classificati in base alle loro applicazioni, in monofase, trifase, a induzione a gabbia di scoiattolo, doppia tensione, ecc.

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Motore CC con spazzole (BDC)

Motori c.c. con spazzole (BDC) il proprio nome dalla "spazzole" usata per la commutazione. Motori in c.c. sono utilizzati frequentemente in elettrodomestici e nelle automobili. Inoltre, mantenere una nicchia industriale forte, la possibilità di modificare il rapporto della velocità ed esclusivo di una coppia motrice di motori con spazzole. BDC sono facili da controllare perché sono proporzionali al velocità e coppia motrice applicata tensione / corrente.

Un motore in c.c. con spazzole è costituito da 4 componenti fondamentali; dello statore, il rotore (o armatura), spazzole e collettore. Il rotore, noto anche come il rotore costituito da una o più avvolgimenti. Quando tali avvolgimenti vengono eccitate sono in grado di produrre un campo magnetico. I poli magnetici di questo campo rotore verranno attratte i poli opposti generati da dello statore, causando il rotore a ruotare. Man mano che il motore si accende, gli avvolgimenti vengono costantemente eccitato in una sequenza differente in modo che i poli magnetici generati da il rotore non sovraccarica i poli generato nello statore. Questo passaggio del campo in avvolgimenti del rotore è denominata commutazione. La rotazione della direzione, in senso orario e/o in senso antiorario, può essere capovolto facilmente tramite l'inversione della polarità delle spazzole, ad es. , invertendo i cavi della batteria.

Sono disponibili quattro tipi di BDC motori. Magnete permanente spazzola motore CC, lo shunt con avvolgimento motore in c.c. con spazzole, serie con avvolgimento motore CC e la quarta è il composto con avvolgimento motore in c.c. con spazzole che è una combinazione di entrambe le serie shunt e motori in c.c. della ferita.

Motore CC senza spazzole (BLDC)

TIl motore CC senza spazzole (BLDC) è noto anche come motore a commutazione elettronica. Non sono presenti le spazzole sul rotore e la commutazione viene effettuata elettronicamente in determinate posizioni del rotore. Un motore BLDC è un motore sincrono a magneti permanenti con forma d'onda EMF posteriore unica che consente loro di comportarsi in modo simile a un motore CC con spazzole. Il motore BLDC non funziona direttamente lontano da una fonte di tensione CC. Tuttavia, il principio base del funzionamento è simile a un motore CC.

Un motore CC senza spazzole ha un rotore con magneti permanenti e uno statore con avvolgimenti, un motore BLDC è essenzialmente un motore CC rovesciato. Le spazzole e il commutatore sono stati eliminati e gli avvolgimenti sono collegati alla elettronica di controllo. L'elettronica di controllo sostituisce la funzione del commutatore ed eccita il giusto avvolgimento. Gli avvolgimenti sono eccitati in un modello che ruota attorno allo statore, l'avvolgimento dello statore eccitato guida il magnete del rotore e commuta non appena il rotore si allinea con lo statore.

Il motore CC senza spazzole è la scelta ideale per le applicazioni che richiedono un'elevata affidabilità, alta efficienza e un elevato rapporto potenza-volume. In generale, un motore BLDC è considerato un motore ad alte prestazioni, in grado di fornire grandi quantità di coppia motrice in un'ampia gamma di velocità.

Motore a induzione CA

Uno dei motori elettrici più comuni, utilizzati nella maggior parte delle applicazioni, è noto come motore a induzione. Questo motore è definito anche come motore asincrono in quanto il rotore si accende sempre a una velocità inferiore rispetto al campo, rendendo il motore CA asincrono. Si muove a una velocità inferiore rispetto alla velocità sincrona. I motori a induzione CA sono monofase o polifase. Il sistema di alimentazione monofase è ampiamente utilizzato, rispetto a quello trifase, per impieghi domestici, commerciali e in una certa misura per impieghi industriali.

Lo statore del motore è costituito da un offset dell'avvolgimento sovrapposto. Quando l'avvolgimento primario, o dello statore, è collegato a una sorgente CA, si stabilisce un campo magnetico rotante che ruota a velocità sincrona. La velocità teorica del rotore in un motore a induzione dipende dalla frequenza dell'alimentazione CA, e il numero di bobine che costituiscono lo statore e, senza carico sul gruppo motore, si avvicina alla velocità del campo magnetico rotante. Esso si muove a velocità costante, a meno che non si utilizzi un'unità a frequenza variabile.

Il più grande vantaggio dei motori a induzione CA è rappresentato dalla loro semplicità. Hanno un solo componente mobile, il rotore, che li rende a basso costo, silenziosi, di lunga durata e relativamente senza problemi. I motori a induzione possono essere piuttosto voluminosi e pesanti a causa dei loro avvolgimenti. Gli IM trifase sono ampiamente utilizzati negli azionamenti industriali, ascensori, gru, macchine del tornio, ecc., poiché sono resistenti, affidabili ed economici. Gli IM monofase sono ampiamente utilizzati per piccoli carichi, come ad esempio gli apparecchi domestici come ventilatori, pompe, mixer, giocattoli, aspirapolvere, foratrici, ecc.

Motore sincrono a magnete permanente (PMSM)

Il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) è un motore sincrono CA, la cui eccitazione di campo viene fornita da magneti permanenti, ed è dotato di una forma d'onda sinusoidale posteriore EMF. Il PMSM è un incrocio tra un motore a induzione e un motore CC senza spazzole. Come motore CC senza spazzole, è dotato di un rotore a magnete permanente e di avvolgimenti sullo statore. Tuttavia, la struttura con avvolgimenti dello statore, realizzata in modo da produrre una densità di flusso sinusoidale nel traferro della macchina, assomiglia a quello di un motore a induzione. La densità di potenza è superiore rispetto ai motori a induzione con le stesse valutazioni, poiché non è presente l'alimentazione dello statore dedicata alla produzione del campo magnetico.

Con magneti permanenti il PMSM può generare una coppia motrice a velocità zero, il che richiede l'utilizzo dell'inverter controllato digitalmente per le operazioni. I motori PMSM sono generalmente utilizzati per la guida con motori a prestazioni elevate e ad alta efficienza. Il comando dei motori ad alte prestazioni è caratterizzato dalla rotazione scorrevole per l'intera gamma di velocità del motore, pieno controllo della coppia motrice a velocità zero e una rapida accelerazione e decelerazione.

Per ottenere tale controllo, si utilizzano le tecniche di controllo vettoriale per PMSM. Le tecniche di controllo del vettore in genere sono indicate anche come controllo orientato al campo ("field-oriented control", FOC). L'idea di base dell'algoritmo di controllo vettoriale è quella di scomporre una corrente di statore in una parte generatrice di campo magnetico e una parte generatrice di coppia motrice. Entrambi le componenti possono essere controllate separatamente dopo la scomposizione.

Motore passo-passo

Un motore passo-passo è un motore elettrico senza spazzole CC che divide una rotazione completa in una serie di passi uguali. Esso ruota una distanza incrementale determinata per ogni passo. Il numero di passi eseguiti controlla il grado di rotazione dell'albero del motore.

I motori passo-passo hanno una certa capacità intrinseca di controllare la posizione, in quanto sono dotati di passi di uscita integrati. Può controllare con grande precisione la distanza e la velocità di rotazione del motore passo-passo. Il numero di passi che il motore esegue è uguale al numero di comandi di impulso forniti dal controller. Un motore passo-passo ruota una distanza e una velocità proporzionali al numero e alla frequenza dei suoi comandi di impulso.

Un controller per motori passo-passo può essere ad anello aperto o chiuso. La differenza tra i due è che un sistema ad anello aperto invia una potenza costante al motore, supponendo che il campo di rotazione che il rotore segue sia costante. Un sistema a ciclo chiuso utilizza il feedback per regolare l'alimentazione in base al tipo di carico che il motore sopporta. La maggior parte delle applicazioni a motore funzionano con un sistema a circuito aperto, perché è più facile e meno costoso.

I motori passo-passo presentano diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di motori. Uno dei più sorprendenti è la loro capacità di posizionamento molto accurato. È possibile ottenere la stessa posizione di destinazione, rivoluzione dopo rivoluzione. I motori passo-passo standard dispongono di una precisione di un angolo di passo di +/- 5%. L'errore non si accumula da un passo all'altro.

Servomotore

Un servomotore è un attuatore rotante o attuatore lineare che consente un controllo a elevata risposta e ad alta precisione della posizione lineare o angolare, della velocità e dell'accelerazione. Come motore in grado di controllare il giusto angolo di rotazione e velocità, può essere utilizzato per una vasta gamma di apparecchiature. Vengono utilizzati in applicazioni quali robotica, macchinari CNC o produzione automatizzata, e vengono generalmente utilizzati come alternativa a prestazioni elevate per il motore passo-passo.

I sistemi servo combinano un motore servo ad alte prestazioni con un amplificatore servo (pilota) per ottenere la posizione estremamente precisa, la velocità o il controllo di coppia motrice. I servomeccanismi hanno integrato gli ingranaggi e un albero, che possono essere controllati con precisione. La circuiteria del servomeccanismo è incorporata all'interno del gruppo motore ed ha un albero posizionabile, che di solito è dotato di un ingranaggio. Il motore è controllato mediante un segnale elettrico, che determina la quantità di spostamento dell'albero.

In un controllo ad anello chiuso, un rilevatore di rotazione (encoder) è montato sul motore e fornisce la posizione di rotazione/velocità dell'albero motore posteriore al driver. Il driver calcola l'errore del segnale ad impulsi o tensione analogica (comando di posizione/comando di velocità) tramite l'unità di controllo e il segnale di feedback (posizione/velocità di corrente), e controlla la rotazione del motore in modo che l'errore diventi zero. Il metodo di controllo ad anello chiuso viene ottenuto con un driver, un motore e codificatore, in modo che il motore possa eseguire operazioni di posizionamento estremamente precise. In un sistema di comando della posizione, un controller immette il segnale ad impulsi, la velocità e la posizione di arresto vengono controllate in base al numero di impulsi.