Che tipo di motore può utilizzare sia AC che DC?
doc-5063
Un vantaggio del motore universale è che gli alimentatori CA possono essere utilizzati su motori con alcune caratteristiche più comuni nei motori CC, in particolare coppia di avviamento elevata e design molto compatto se si utilizzano velocità di marcia elevate. L' aspetto negativo è la manutenzione e i problemi di breve durata causati dal commutatore. Questi motori sono utilizzati in dispositivi quali miscelatori alimentari e elettroutensili che vengono utilizzati solo in modo intermittente e che spesso richiedono una coppia di avviamento elevata. Più rubinetti sulla bobina di campo forniscono un controllo (impreciso) della velocità a gradino. I miscelatori per uso domestico che pubblicizzano molte velocità spesso combinano una bobina di campo con diversi rubinetti e un diodo che può essere inserito in serie con il motore (facendo funzionare il motore su AC rettificato a mezza onda). I motori universali si prestano anche al controllo elettronico della velocità e sono quindi la scelta ideale per apparecchi come le lavatrici domestiche. Il motore può essere utilizzato per agitare il tamburo (sia in avanti che all' indietro) commutando l' avvolgimento del campo rispetto all' armatura.
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doc-5047
Trovati in applicazioni diverse come ventilatori industriali, soffianti e pompe, macchine utensili, elettrodomestici, utensili elettrici e azionamenti a disco, i motori elettrici possono essere alimentati da fonti di corrente continua (DC), come batterie, veicoli a motore o raddrizzatori, o da fonti di corrente alternata (AC), come dalla rete elettrica, inverter o generatori. Piccoli motori possono essere trovati in orologi elettrici. Motori generici con dimensioni e caratteristiche altamente standardizzate forniscono una potenza meccanica conveniente per uso industriale. I motori elettrici più grandi sono utilizzati per la propulsione navale, la compressione delle tubazioni e lo stoccaggio pompato con potenze nominali fino a 100 megawatt. I motori elettrici possono essere classificati in base al tipo di fonte di energia elettrica, alla costruzione interna, all' applicazione, al tipo di uscita del movimento e così via.
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doc-5077
I motori passo-passo sono un tipo di motore frequentemente utilizzato quando sono richieste rotazioni precise. In un motore passo-passo, un rotore interno contenente PMs o un rotore magneticamente morbido con poli salienti è controllato da una serie di magneti esterni commutati elettronicamente. Un motore passo-passo può anche essere pensato come un incrocio tra un motore elettrico DC e un solenoide rotativo. Quando ogni bobina viene alimentata a sua volta, il rotore si allinea al campo magnetico prodotto dall' avvolgimento del campo eccitato. A differenza di un motore sincrono, nella sua applicazione, il motore passo-passo non può ruotare continuamente; al contrario, si avvia e poi si arresta rapidamente da una posizione all' altra, mentre gli avvolgimenti di campo vengono eccitati e diseccitati in sequenza. A seconda della sequenza, il rotore può girare in avanti o indietro e può cambiare direzione, fermarsi, accelerare o rallentare arbitrariamente in qualsiasi momento.
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doc-13506
I moderni sistemi di elettrificazione prendono l' energia CA da una rete elettrica che viene fornita a una locomotiva e convertita in una tensione CC per essere utilizzata dai motori di trazione. Questi motori possono essere motori in corrente continua che utilizzano direttamente la corrente continua oppure possono essere motori trifase in corrente alternata che richiedono un' ulteriore conversione della corrente continua in corrente alternata trifase (utilizzando l' elettronica di potenza). In questo modo entrambi i sistemi si trovano di fronte allo stesso compito: convertire e trasportare AC ad alta tensione dalla rete elettrica alla corrente continua a bassa tensione nella locomotiva. Dove deve avvenire questa conversione e a quale tensione e corrente (AC o DC) deve avvenire il flusso di energia alla locomotiva? E come tutto ciò è correlato all' efficienza energetica? Sia la trasmissione che la conversione dell' energia elettrica comportano perdite: perdite ohmiche nei fili e nell' elettronica di potenza, perdite di campo magnetico nei trasformatori e nei reattori di lisciatura (induttori). La conversione di potenza per un sistema CC avviene principalmente in una sottostazione ferroviaria dove è possibile utilizzare hardware di grandi dimensioni, pesanti e più efficienti rispetto a un sistema CA in cui la conversione avviene a bordo della locomotiva dove lo spazio è limitato e le perdite sono significativamente più elevate. Inoltre, l' energia utilizzata per soffiare aria per raffreddare i trasformatori, l' elettronica di potenza (compresi i raddrizzatori) e altro hardware di conversione deve essere preso in considerazione.
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doc-13507
In Unione Sovietica, negli anni' 70, è stato fatto un confronto tra i sistemi elettrificati a 3 kV DC e 25 kV AC (50 Hz). I risultati hanno mostrato che le perdite percentuali nei fili aerei (catenari e di contatto) sono oltre 3 volte maggiori per 3 kV DC che per 25 kV AC. Ma quando le perdite di conversione sono state tutte prese in considerazione e aggiunte alle perdite di filo aereo (compresa l' energia della ventola di raffreddamento) il 25 kV AC ha perso una percentuale di energia un po' più alta che per 3 kV DC. Così, nonostante le perdite molto più elevate nella catenaria, il 3 kV DC è stato un po' più efficiente sul piano energetico rispetto a quello CA nel fornire energia dalla rete di alimentazione USSR ai terminali dei motori di trazione (tutti DC in quel momento). Mentre entrambi i sistemi utilizzano l' energia per convertire la corrente alternata ad alta tensione dalla rete elettrica dell' URSS in corrente continua a tensione inferiore, le conversioni per il sistema DC hanno avuto luogo (a maggiore efficienza) nella sottostazione ferroviaria, mentre la maggior parte della conversione per il sistema AC ha avuto luogo all' interno della locomotiva (a minore efficienza). Si consideri anche che ci vuole energia per spostare costantemente questo hardware di conversione mobile sulle rotaie, mentre la ferramenta fissa nella sottostazione ferroviaria non sopporta questo costo energetico. Per maggiori dettagli vedi: Wiki: Unione Sovietica DC vs. AC.
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doc-5058
Molte delle limitazioni del classico motore commutatore DC sono dovute alla necessità di premere le spazzole contro il commutatore. Questo crea attrito. Le scintille sono create dalle spazzole che creano e rompono i circuiti attraverso le bobine del rotore quando le spazzole attraversano gli spazi di isolamento tra le sezioni del commutatore. A seconda del tipo di commutatore, questo può includere le spazzole che cortocircuitano sezioni adiacenti - e quindi le estremità delle bobine - momentaneamente mentre si attraversano le fessure. Inoltre, l' induttanza delle bobine del rotore causa l' aumento della tensione in ciascuna di esse quando il suo circuito è aperto, aumentando la scintilla delle spazzole. Questa scintilla limita la velocità massima della macchina, in quanto una scintilla troppo rapida può surriscaldare, erodere o addirittura sciogliere il commutatore. La densità di corrente per unità di superficie delle spazzole, in combinazione con la loro resistività, limita la potenza del motore. La produzione e la rottura del contatto elettrico genera anche rumore elettrico; la scintilla genera RFI. Le spazzole eventualmente si usurano e devono essere sostituite e il commutatore stesso è soggetto ad usura e manutenzione (su grandi motori) o sostituzione (su piccoli motori). Il gruppo del commutatore su un motore di grandi dimensioni è un elemento costoso, che richiede l' assemblaggio di precisione di molte parti. Sui piccoli motori, il commutatore è di solito permanentemente integrato nel rotore, quindi la sua sostituzione richiede di solito la sostituzione dell' intero rotore.
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doc-5070
Un motore elettrico sincrono è un motore a corrente alternata caratterizzato da un rotore che gira con magneti passanti in bobine alla stessa velocità del motore a corrente alternata e dal conseguente campo magnetico che lo aziona. Un altro modo di dire questo è che ha zero slittamento in condizioni operative normali. Contrapporre questo contrasto con un motore a induzione, che deve scivolare per produrre coppia. Un tipo di motore sincrono è come un motore a induzione, tranne che il rotore è eccitato da un campo DC. Anelli scorrevoli e spazzole sono utilizzati per condurre la corrente al rotore. I poli del rotore si collegano l' uno all' altro e si muovono alla stessa velocità da qui il nome di motore sincrono. Un altro tipo di rotore, per coppie di carico ridotte, ha un rotore a gabbia di scoiattolo per creare poli discreti. Ancora un altro, come fatto da Hammond per i suoi orologi pre-guerra II, e nei vecchi organi Hammond, non ha rotori avvolgimenti e poli discreti. Non è autoavviante. L' orologio richiede un avviamento manuale con una piccola manopola sul retro, mentre i vecchi organi Hammond avevano un motore di avviamento ausiliario collegato da un interruttore a molla manuale.
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doc-5073
Nulla nel principio di uno qualsiasi dei motori sopra descritti richiede che le porzioni di ferro (acciaio) del rotore girino effettivamente. Se il materiale magnetico morbido del rotore viene prodotto sotto forma di cilindro, la coppia (tranne per effetto dell' isteresi) viene esercitata solo sugli avvolgimenti degli elettromagneti. Approfitta di questo fatto è il motore DC senza nucleo centrale o senza ferro, una forma specializzata di un motore PM DC. Ottimizzati per l' accelerazione rapida, questi motori hanno un rotore costruito senza nucleo in ferro. Il rotore può assumere la forma di un cilindro pieno di avvolgimento o di una struttura autoportante che comprende solo il filo magnetico e il materiale di collegamento. Il rotore può essere inserito all' interno dei magneti dello statore; un cilindro fisso magneticamente morbido all' interno del rotore fornisce un percorso di ritorno per il flusso magnetico dello statore. Una seconda disposizione ha il cestello di avvolgimento del rotore che circonda i magneti dello statore. In questo design, il rotore si inserisce all' interno di un cilindro magneticamente morbido che può fungere da alloggiamento per il motore, e fornisce anche un percorso di ritorno per il flusso.
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doc-13487
Le ferrovie devono funzionare a velocità variabili. Fino alla metà degli anni' 80 questo è stato possibile solo con il motore DC a spazzola, anche se tale corrente continua può essere fornita da una catenaria CA tramite la conversione di potenza elettrica a bordo. Poiché tale conversione non era ben sviluppata alla fine del XIX secolo e all' inizio del XX secolo, la maggior parte delle prime ferrovie elettrificate utilizzava DC e molti ancora lo fanno, in particolare il transito rapido (sottopassaggi) e i tram. La velocità è stata controllata collegando i motori di trazione in varie combinazioni serie-parallele, variando i campi dei motori di trazione e inserendo e rimuovendo le resistenze di avviamento per limitare la corrente del motore.
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doc-13499
Un vantaggio iniziale della corrente alternata è che le resistenze di dissipazione dell' energia utilizzate nelle locomotive CC per il controllo della velocità non erano necessarie in una locomotiva CA: più rubinetti sul trasformatore possono fornire una gamma di tensioni. Gli avvolgimenti separati del trasformatore a bassa tensione alimentano l' illuminazione e i motori che azionano le macchine ausiliarie. Più recentemente, lo sviluppo di semiconduttori ad altissima potenza ha fatto sì che il classico motore "universale" AC/DC sia stato in gran parte sostituito con il motore asincrono trifase alimentato da un variatore di frequenza, uno speciale inverter che varia sia in frequenza che in tensione per controllare la velocità del motore. Questi convertitori di frequenza possono funzionare in modo uniforme su corrente continua o alternata di qualsiasi frequenza e molte locomotive elettriche moderne sono progettate per gestire diverse tensioni di alimentazione e frequenze per semplificare il funzionamento transfrontaliero.
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doc-5092
Storicamente, i motori a corrente alternata sono stati utilizzati per le macchine elevatrici a singola o doppia velocità a causa dei costi e delle applicazioni a basso consumo in cui la velocità dell' automobile e il comfort dei passeggeri erano meno problematici, ma per la velocità più elevata, ascensori di capacità maggiore, la necessità di controllo della velocità infinitamente variabile sulla macchina di trazione diventa un problema. Pertanto, le macchine in corrente continua alimentate da un generatore a motore AC/DC sono state la soluzione preferita. Il set MG ha inoltre alimentato in genere anche il controller relè dell' ascensore, che ha il vantaggio di isolare elettricamente gli ascensori dal resto dell' impianto elettrico di un edificio, eliminando così i picchi di potenza transitori nell' alimentazione elettrica dell' edificio causati dai motori di avviamento e arresto (causando l' illuminazione per dimmerare ogni volta che gli ascensori sono utilizzati per esempio), così come le interferenze ad altre apparecchiature elettriche causate dall' arco dei contattori relè nel sistema di controllo.
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doc-5053
Nel 1886 Frank Julian Sprague inventò il primo pratico motore DC, un motore senza scintille che mantenne una velocità relativamente costante sotto carichi variabili. Altre invenzioni elettriche di Sprague in questo periodo hanno notevolmente migliorato la distribuzione elettrica di rete (prima del lavoro svolto durante l' attività lavorativa presso Thomas Edison), hanno permesso di riportare alla rete elettrica la potenza dei motori elettrici, di provvedere alla distribuzione elettrica ai carrelli tramite fili aerei e il palo del carrello e di fornire sistemi di controllo per le operazioni elettriche. Questo ha permesso a Sprague di utilizzare motori elettrici per inventare il primo sistema di carrelli elettrici nel 1887-88 a Richmond VA, l' ascensore elettrico e sistema di controllo nel 1892, e la metropolitana elettrica con auto elettriche a controllo centralizzato alimentato in modo indipendente, che sono stati installati per la prima volta nel 1892 a Chicago dalla South Side Elevated Railway, dove divenne popolarmente conosciuta come la "L". Il motore di Sprague e le relative invenzioni portarono ad un' esplosione di interesse e di utilizzo nei motori elettrici per l' industria, mentre quasi contemporaneamente un altro grande inventore stava sviluppando il suo principale concorrente, che sarebbe diventato molto più diffuso. Lo sviluppo di motori elettrici di efficienza accettabile è stato ritardato per diversi decenni a causa del mancato riconoscimento dell' estrema importanza di un traferro relativamente piccolo tra rotore e statore. Esecuzioni efficienti hanno un traferro d' aria relativamente piccolo. a] Il motore St. Louis, da tempo utilizzato nelle aule per illustrare i principi del motore, è estremamente inefficiente per lo stesso motivo, oltre a non apparire come un motore moderno.
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