Introduzione
I motori elettrici sono responsabili della conversione dell'energia elettrica in energia meccanica. È un dispositivo importante nell'industria elettronica e meccanica poiché svolge un ruolo fondamentale nella costruzione di molti apparecchi elettronici, strumenti e macchine. Questo articolo sarà una guida per principianti nel mondo dei motori elettrici poiché esaminerà i diversi tipi di motori elettrici, le applicazioni e molto altro.
Che cosa sono i motori elettrici?
I motori elettrici sono dispositivi che trasformano l'energia elettrica in energia meccanica, solitamente utilizzando il principio elettromagnetico. La maggior parte dei motori elettrici funziona attraverso l'interazione del campo magnetico del motore e delle correnti elettriche avvolte attorno a un filo per generare forza sotto forma di coppia fornita sull'albero del motore.
I motori elettrici possono essere alimentati da fonti di corrente continua (CC) come raddrizzatori o batterie, o da fonti di corrente alternata (CA) come generatori elettrici, reti elettriche o inverter. I motori elettrici possono essere classificati in base al tipo di alimentazione, costruzione, applicazione e tipo di movimento in uscita.
I Componenti Chiave dei Motori Elettrici
Il motore elettrico ha diverse parti, ma i componenti chiave sono:
- Cuscinetti per Motori Elettrici: Il rotore ruota sul suo asse grazie al supporto dei cuscinetti della carcassa del motore. Il rotore ruota sul suo asse grazie al supporto dei cuscinetti della carcassa del motore.
- Rotore del Motore Elettrico: Il rotore è un componente del motore che si muove e genera energia meccanica. In sostanza, contiene conduttori che trasportano corrente, e il campo magnetico dello statore applica una forza per far ruotare l'albero.
Tuttavia, altri rotori hanno magneti permanenti, e lo statore contiene i conduttori. I magneti permanenti offrono alta efficienza su un'ampia gamma di potenza e velocità di lavoro.
Il gap d'aria tra il rotore e lo statore consente di ruotare. Il respiro del gap ha un effetto importante sulle proprietà elettriche del motore. Di solito viene realizzato il più piccolo possibile, poiché un gap grande può comportare prestazioni deboli. I motori elettrici funzionano con un basso fattore di potenza principalmente a causa del loro design.
- Statore del Motore Elettrico:Lo statore circonda il rotore e ospita i magneti di campo. Questi magneti possono essere sia elettromagneti, che sono composti da fili avvolti su un nucleo ferromagnetico in ferro, sia magneti permanenti. Generano un campo magnetico che attraversa l'avvolgimento del rotore, esercitando una forza su di esso. Il nucleo in ferro dello statore è composto da più sottili fogli metallici con isolamento, chiamati laminazioni. Le laminazioni riducono la perdita di energia, che si verifica se viene utilizzato un nucleo solido.
- Armatura del Motore Elettrico: L'armatura è realizzata con filo avvolto su un nucleo ferromagnetico. Quando una corrente elettrica scorre attraverso un filo, crea un campo magnetico che esercita una forza di Lorentz sul filo, causando la rotazione del rotore e fornendo un'uscita meccanica. Le bobine di filo sono avvolte attorno a un nucleo di ferro laminato per creare poli magnetici quando alimentate con corrente.
- Commutatore del Motore Elettrico: Un commutatore è un interruttore rotativo che inverte periodicamente il flusso di corrente nell'avvolgimento del rotore mentre l'albero ruota, fornendo corrente alternata o continua al rotore. È composto da un cilindro realizzato con più sezioni di contatto metallico sull'armatura. Contatti elettrici noti come spazzole vengono utilizzati per trasferire la corrente elettrica al rotore. Queste spazzole sono realizzate in un materiale conduttore morbido, come il carbonio, che viene premuto sul commutatore. Mentre il rotore ruota, le spazzole creano contatti scorrevoli con ciascuna sezione consecutiva del commutatore, fornendo corrente al rotore. Inoltre, gli avvolgimenti di filo del rotore sono collegati alle sezioni del commutatore.
Tipi di Motori Elettrici
Esistono diversi tipi di motori elettrici, e tutti differiscono per come sono disposti i conduttori e il campo, e anche per il controllo che può essere esercitato sui risultati meccanici, coppia, velocità e posizione. Alcuni dei principali tipi di motori elettrici sono discussi di seguito.
- Motori DC
Un motore DC è qualsiasi macchina rotativa che converte l'energia elettrica da corrente continua (DC) in energia meccanica. I motori DC erano comunemente usati poiché possono essere alimentati da sistemi di illuminazione a corrente continua. La velocità del motore DC può essere controllata su un ampio intervallo sia tramite un'alimentazione a tensione variabile che alterando la forza della corrente nel suo avvolgimento di campo.
I piccoli motori DC sono utilizzati in apparecchi come strumenti e giocattoli, mentre quelli grandi sono utilizzati per la propulsione di ascensori e montacarichi, veicoli elettrici e azionamenti per laminatoi per acciaio.
- Motori AC
Un motore AC è un motore elettrico che funziona con corrente alternata. Ha uno statore esterno con bobine che creano un campo magnetico. Un rotore interno è attaccato all'albero per creare un secondo campo magnetico rotante.
Ci sono due tipi principali di motori AC: motori sincroni e motori a induzione. Il motore a induzione o asincrono si basa esclusivamente su una piccola differenza di velocità tra la velocità dell'albero del rotore e il campo magnetico rotante dello statore chiamata slittamento, che risulta in una corrente del rotore nell'avvolgimento AC del rotore.
- Motori 12V
Un motore DC da 12V è economico e compatto, ma abbastanza potente da essere utilizzato in molte applicazioni. I motori DC da 12V sono solitamente senza spazzole e possono funzionare senza utilizzare spazzole per muovere la corrente elettrica. Una proprietà unica di un motore DC da 12V è la sua tensione di funzionamento.
- Motori passo-passo
Un motore passo-passo, chiamato anche motore step, è un dispositivo elettromeccanico che converte impulsi elettrici in movimenti meccanici precisi. Un motore DC senza spazzole suddivide una rivoluzione completa in diversi passi equivalenti. È caratterizzato dalla conversione di una serie di impulsi in onde quadre in incrementi accuratamente definiti nella posizione rotazionale dell'albero.
Un motore passo-passo è composto da elettromagneti dentati che circondano un rotore centrale, che è un pezzo di ferro a forma di ingranaggio. Un microcontrollore o un circuito driver esterno alimenta gli elettromagneti.
- Motori Industriali
I motori elettrici industriali convertono l'energia elettrica in potenza meccanica, producendo forza rotativa o lineare. Sebbene alcune motori industriali siano alimentati da correnti CC, spesso sono alimentati da forniture di corrente alternata (CA) come reti elettriche o generatori.
I componenti di un motore industriale includono il rotore, lo statore, la bobina, il gioco d'aria e il commutatore. Altri tipi di motori che devi conoscere sono i motori monofase, i motori servo, i motori trifase, i motori elettrici da 2HP, i motori elettrici da 1HP e i motori senza spazzole.
Applicazioni dei Motori Elettrici
I motori elettrici sono principalmente utilizzati in varie applicazioni come ventilatori e utensili da macchina, pompe, alternatori, utensili elettrici, trasportatori, compressori, turbine, laminatoi, navi e cartiere.
Il motore elettrico è importante in varie applicazioni come il riscaldamento, il raffreddamento e le attrezzature di ventilazione ad alta tensione, i veicoli a motore e gli elettrodomestici.
I motori standardizzati forniscono energia meccanica appropriata per uso industriale. Le applicazioni includono macchine utensili, utensili elettrici, ventilatori industriali, soffiatori e pompe, elettrodomestici, veicoli e unità disco.
I piccoli motori sono comunemente utilizzati negli orologi elettrici, mentre la frenata rigenerativa è spesso utilizzata nei motori di trazione. I motori elettrici sono utilizzati per la frenata rigenerativa nei motori di trazione in inverso come generatori che recuperano energia che altrimenti potrebbe andare persa a causa dell'attrito e del calore.