Che cosa commuta l' ingresso della maggior parte dei motori a corrente continua?
doc-5056
Un commutatore è un meccanismo utilizzato per commutare l' ingresso della maggior parte delle macchine CC e di alcune macchine CA costituite da segmenti ad anello di scorrimento isolati l' uno dall' altro e dall' albero del motore elettrico. La corrente d' armatura del motore viene fornita attraverso le spazzole stazionarie a contatto con il commutatore girevole, che provoca l' inversione di corrente richiesta e fornisce alla macchina la potenza ottimale man mano che il rotore ruota da un polo all' altro. In assenza di tale inversione di corrente, il motore si arresterebbe. Alla luce dei notevoli progressi compiuti negli ultimi decenni grazie al miglioramento delle tecnologie nel campo dei controllori elettronici, del controllo sensorless, del motore a induzione e dei campi motori a magneti permanenti, i motori a commutazione elettromeccanica sono sempre più spesso sostituiti da motori a induzione e a magneti permanenti a commutazione esterna.
None
doc-5057
L' armatura rotante è costituita da una o più bobine di filo metallico avvolte attorno ad un nucleo ferromagnetico laminato magneticamente "morbido". La corrente proveniente dalle spazzole scorre attraverso il commutatore e un avvolgimento dell' armatura, rendendolo un magnete temporaneo (un elettromagnete). Il campo magnetico prodotto dall' armatura interagisce con un campo magnetico stazionario prodotto dal PMs o da un altro avvolgimento di una bobina di campo, come parte del telaio del motore. La forza tra i due campi magnetici tende a ruotare l' albero motore. Il commutatore commuta l' alimentazione alle bobine man mano che il rotore gira, evitando che i poli magnetici del rotore siano sempre completamente allineati con i poli magnetici del campo statore, in modo che il rotore non si fermi mai (come fa un ago di bussola), ma piuttosto continui a ruotare finché viene applicata l' alimentazione.
None
doc-5052
Un importante punto di svolta nello sviluppo delle macchine DC avvenne nel 1864, quando Antonio Pacinotti descrisse per la prima volta l' armatura ad anello con le sue bobine simmetricamente raggruppate chiuse su se stesse e collegate alle barre di un commutatore, le cui spazzole erogavano corrente praticamente non fluttuante. I primi motori DC di successo sul mercato seguirono l' invenzione di Zénobe Gramme che, nel 1871, reinventò il design di Pacinotti. Nel 1873, Gramme dimostrò che la sua dinamo poteva essere utilizzata come motore, cosa che dimostrò con grande efficacia alle esposizioni di Vienna e Filadelfia, collegando due di questi motori a corrente continua ad una distanza fino a 2 km l' uno dall' altro, uno come generatore. (Cfr.
None
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.
None
doc-5062
Funzionando alle normali frequenze di linea di alimentazione, i motori universali si trovano spesso in un range inferiore a 1000 watt. I motori universali costituivano anche la base del tradizionale motore di trazione ferroviaria nelle ferrovie elettriche. In questa applicazione, l' uso della corrente alternata per alimentare un motore originariamente progettato per funzionare in corrente continua porterebbe a perdite di efficienza dovute al riscaldamento a correnti parassite dei loro componenti magnetici, in particolare i poli-pezzi del campo motore che, per la corrente continua, avrebbero utilizzato ferro solido (non laminato) e sono ora raramente utilizzati.
None
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.
None
doc-5051
Il primo motore elettrico CC commutatore in grado di girare macchine fu inventato dallo scienziato britannico William Sturgeon nel 1832. Dopo il lavoro di Sturgeon, un motore elettrico a corrente continua di tipo commutatore, realizzato con l' intenzione di un uso commerciale, fu costruito dall' inventore americano Thomas Davenport, che brevettò nel 1837. I motori funzionavano fino a 600 giri al minuto, le macchine utensili motorizzate e una macchina da stampa. A causa dell' elevato costo di alimentazione della batteria primaria, i motori non hanno avuto successo commerciale e Davenport è fallito. Diversi inventori seguirono Sturgeon nello sviluppo di motori a corrente continua, ma tutti incontrarono gli stessi problemi di alimentazione della batteria. All' epoca non era stata sviluppata alcuna distribuzione di elettricità. Come il motore Sturgeon, non esisteva un mercato commerciale pratico per questi motori.
None
doc-5060
Un motore PM non ha un avvolgimento di campo sul telaio dello statore, ma si affida al PMs per fornire il campo magnetico su cui il campo rotore interagisce per produrre la coppia. Gli avvolgimenti compensatori in serie con l' armatura possono essere utilizzati su motori di grandi dimensioni per migliorare la commutazione sotto carico. Poiché questo campo è fisso, non può essere regolato per il controllo della velocità. I campi PM (statori) sono convenienti nei motori in miniatura per eliminare il consumo energetico dell' avvolgimento di campo. La maggior parte dei motori in corrente continua più grandi sono del tipo "dinamo", che hanno avvolgimenti dello statore. Storicamente, i PM non potevano essere fatti per mantenere un flusso elevato se fossero smontati; gli avvolgimenti sul campo erano più pratici per ottenere la quantità di flusso necessaria. Tuttavia, le PM di grandi dimensioni sono costose, oltre che pericolose e difficili da assemblare; questo favorisce i campi ferita per le macchine di grandi dimensioni.
None
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.
None
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.
None
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.
None