Teoria Azionamenti elettrici

I

Ro.in

1 RaeRa

1

2 TÈ

Ra

21 RE La

La coppia vale:

Se avessi un attuatore perfettamente cilindrico (isotropico), avrei Ld = Lq e quindi C = 0.

Attuatore a riluttanza variabile con avvolgimenti di rotore:

Il i

i

Iiii p

c

Marlon Mail costar

No

dlldrl.ci

it ddr

Mr iidldddti.ir datori

ia ii

ii o Or ddr

1 I 11

di

Mae coppie coppia di

i ii o Riluttanza

i interazione

Con rotore isotropo L ₁ non varia con la posizione, mentre L ₂ si.

coppia

termine per si

Quindi avere

il alimenteranno

0

con la

perciò entrambi Gli avvolgimenti

Perdite:

• perdite nel rame: in un conduttore attraversato da corrente ci sono delle perdite dovute

alla distribuzione della corrente al suo interno; quando la corrente é AC, essa potrebbe

non essere uniformemente distribuita all’interno del conduttore e ció dipende dalla

frequenza; alte frequenze e grosse sezioni provocano una distribuzione non omogenea

della corrente e si considera solo la sezione dove essa si concentra per i calcolo della

resistenza equivalente del conduttore. Un altro problema é dato dall’effetto prossimitá

dato dalla presenza di correnti parassite generate da campi magnetici esterni dovuti a

conduttori vicini. Per risolvere questi due problemi si suddivide equivalente in sub-

conduttori, permettendo di ottenere una distribuzione della corrente piú uniforme e quindi

si ottiene una resistenza che tiene conto della superficie totale del conduttore.

• Perdite nel ferro: le perdite sono dovute alla creazione di correnti parassite e dell’isteresi

del materiale ferromagnetico; per risolvere il primo problema i nuclei ferromagnetici

vengono laminati e ció permette di avere un buon compromesso tra minime perdite e

proprietá magnetiche. La presenza di silicio nel materiale ferromagnetico permette di

ridurre la B di saturazione.

DC machine: é composta da Statore, dove c’é l’avvolgimento di campo, il Rotore, dove

c’é l’avvolgimento di armatura, e il Commutatore, che comprende le spazzole e il collettore

(raddrizza la corrente da AC a DC).

Statore :

• statore a magneti permanenti: il flusso generato é costante. Non é presente corrente di

statore, quindi non ci sono perdite per effetto joule. Non é possibile avere deflussaggio.

• Statore avvolto: il flusso é proporzionale alla corrente di campo, deflussaggio possibile.

Sono presenti perdite per effetto joule per la presenza della corrente di statore.

Quando l’eccitazione é realizzata per mezzo di avvolgimento di campo, a seconda della

connessione tra avvolgimento di campo e di armatura, la macchina DC puó essere

classificata come:

• Eccitazione separata

• Eccitazione in serie

• Eccitazione shunt

Gli ultimi due tipi di eccitazione vengono detti “auto eccitanti” e non richiedono un ulteriore

sistema per alimentare il circuito di eccitazione.

Eccitazione separata: Si possono avere basse V e alte I con

conseguenti alte perdite, oppure alte V e

basse I; questo dipende dal numero di spire e

dalla lunghezza della bobina di eccitazione.

romana

Eccitazione in serie: Per minimizzare le perdite si agisce sulla

cammina sezione della bobina e sul numero di spire,

con avvolgimenti grossi con un limitato

numero di spire.

Mia

Eccitazione in parallelo (shunt): Si agisce sul numero di spire in modo da

avere una corrente di eccitazione piú piccola;

piccola sezione e alto numero di spire.

t

Funzionamento macchina DC: la f.e.m. risulta:

II Io

È I w

Flusso concatenato: il Eds B 5 cosa

h

l

s

118 h 8

NBC cos

Quindi la f.e.m risulta: dl 8

h sin

W

Bl

N

ci

e Jd

Risulta essere quindi una grandezza sinusoidale:

e

Be

un g

1 fin dei

E

e em

em I

De cosÌ cosI

e e

e 1

e

Cna Cmax mai mai

min emax NWBS

L

A cosÌ

1 Cmax

PER

unit contatti

striscianti

Da un punto di vista pratico, incrementando il numero di segmenti striscianti, possiamo

assumere che la fem é approssimativamente uguale a Cmax

Avvolgimenti di rotore : grazie al sistema spazzola collettore, anche durante la rotazione la

corrente nel rotore rimane costante e non cambia verso; la presenza dei segmetni striscianti

permette di mantenere la corrente sempre la stessa

Reazione di armatura : quanto una certa tensione V

é applicata ai terminali delle spazzole, una certa

corrente scorre nel circuito del rotore; per via della

presenza del commutatore, la corrente assume

l’andamento mostrato in figura. Per via della

distribuzione della corrente nel rotore, si genera un

flusso di armatura; l’interazione tra il flusso di

eccitazione e di armatura produce una coppia

elettromagnetica e il rotore comincia a ruotare,

infatti tra i poli di rotore e di statore si creano delle

forze attrattive/repulsive. Se non ci sono correnti nel

rotore, le interazioni tra i poli non generano coppia e

quindi non vi é rotazione.

Paia poli: esempio con 2 paia poli.

Correlazione tra angolo elettrico e meccanico: θe = p • θm, dove p é il numero di paia poli.

Aumentando il numero di paia poli anche il numero di spazzole aumenta proporzionalmente;

il vantaggio nell’avere piú di un paia poli é che si hanno correnti di rotore piú alte, coppie p

volte piú elevate ma una velocitá di p volte minore.

Fem per diversi tipi di statore:

dt.w sin d

8

sin e

NBlh.ci

e JO Beh

Nw

NBlh.ci

Cmax topologia di statore

magneti permanenti statore avvolto

io

Nf

RE

I

Nf

Nn a

è ke N

Cost

Flusso

l È

Noè Kwai

e

Cmax

ke.co

E cui

Kk

E

te che

statore

corrente di

produce

Valutazione della coppia per diversi statori:

d

dw.in t.iq

If

i ad

Jg

tw.dt.w.iq e.iq

non

e topologia di statore

magneti permanenti statore avvolto

tw ke.w.iq tw

eiqitw

eiqitw.kkwiaiqt

ke.iq t.kkiia.iq

Te lo Ì

affaticai da

Circuito equivalente di statore: Ns

l

Rj Auto

fa induttanza

Rs

s dia

Rai

b Jt

is

Va R REGIME

A

Circuito equivalente di rotore: la

4 4 te

129 9

gg TE A Regime

vqerq.iq in

coma

nazionale

dai

T.tl je Jt

Motore con eccitazione a magneti permanenti: Is

vq.Rqiqtlg.dk p

1 E

Jt

II friritetne.no

i f

ke è

Je.tw

T ti I W

4 1 ke

at Rq Rq

ke

Uso Te

PER Iqs

ke spunto

io coppia di

L

No a vuoto

Teo io

PER ke La caratteristica puó essere fatta variare

agendo su V

io

a

Motore con avvolgimento di campo (eccitazione in serie): 1

i le

te

3

i Lt

Rt E

t Tun Fw

ft

tere'cui w

Kk le

2 E n

i

Kk w

E Tate

4

il

Kofi Kk

T

3 Fw

tt

le

Rt i

1

du

T te Je

4 le

de

v È le Rt

K

we

1 ci the

µ Rt Questo tipo di motore

permette di avere dei

valori di coppia molto

elevati allo spunto (con

basse velocitá) e

questo é un vantaggio

chiave per le macchine

a eccitazione in serie.

I valori di coppia e di

corrente per una macchina DC a eccitazione in serie sono sempre positivi.

T ok

ok W

Motore con avvolgimento di campo a eccitazione separata:

I

te

Raia

vi

1 3 l'g te

hai

21 E 1 treno

vorra

3 t kcf.iq

t.tl

a III

t.no Ira

Wo

F

PER O 1

W O k

per To Rq Variando φ e tenendo costante V. , la retta

ARMATA a

tende a ruotare attorno a un punto.

tg

i a.at

Caratteristica a tensione impressa: tiene

non conto di

dei corrente

limiti

Mmm

Alti

tra gemma a 9

a ti

ama q

ke

To Rg

4

V ke FA

PERCIÒ il CONTROLLO IN

si CORRENTE

5

Allo spunto la corrente sarebbe molto alta se imponessimo il voltaggio nominale.

E

4

iq

rq.iq iv

PER

te E

o

q Rg

iqs.hn

iqlw.ci CORRENTI alte

molto

Rq

La macchina viene controllata in corrente senza oltrepassare il valore nominale (rette

parallele all’asse x). La coppia del motore, per esempio nel caso di

A

CARAT una caratteristica a corrente impressa, non

CORRENTE dipende dalla velocitá e quindi viene

impressa rappresentata con delle rette parallele all’asse

x; la coppia puó essere controllata con la

corente. Queste rette son limitate dalla corrente

nominale che produce la coppia nominale. Nel

controllo in corrente il limite di tensione

nominale non puó essere oltrepassato.

L’intersezione tra la curva a tensione impressa

e quella a corrente impressa identifica la

velocitá base della macchina; il controllo in

corrente si fa sino alla ω base e si tiene poi la tensione costante.

Un altra possibilitá é quella di agire sull’avvolgimento di statore per variare il flusso; variando

il flusso, la coppia di spunto diminuisce e la velocitá a vuoto aumenta, la caratteristica ruota

quindi attorno a P. Per ottenere il valore della velocita in P bisogna imporre paria zero il

valore della derivata della coppia rispetto al flusso. per separata

eat

Formula d

ANNAN Iain

t.ae va

JT 9

0 Wp

g 2 ke

La potenza in P risulta: La corrente di armatura in P risulta:

II È

Ig wpt.IT

IÌ

Tp

Pp ke

up

VI cast

4kg le

Te l'q

I

Tp Wp

Solitamente la corrente di rotore é piú alta di quella nominale, perció le operazioni

dovrebbero essere svolte a un valore di coppia minore di quello in P; in questo caso la

curva a potenza costante descrive una iperbole e P = I • V

an an

Regolano LA O ORR

LA

COPPIA

macchina

controllo di W

REGOLIAMO LA

AZIONAM wnase EEE

IE.int

oa

i

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Il I

o

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T o pme.cc

Pm lo MOTORE

generatore 3

I Pero fa

vi o da Eau

w

Teo

Teo pm eo

pm o so

o GENERATORE

freno neo

Pero

motore III pero

Valore efficace della coppia T:

Controllo di un azionamento elettrico:

• Requisiti statici: non dipendono dal comportamento dinamico del sistema (errore

massimo a regime);

• Requisiti dinamici: relativi al