Motori superconduttivi 1

Applicazioni della Superconduttività

MOTORI HTS

Corso di Laurea in Scienza dei Materiali

Cristian Pira

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA

Come si svolgerà la lezione?


• Richiami di teoria



• Motori Elettrici



• Motori Elettrici

• Motori HTS

Richiami di teoria

Legge di Lenz

se in un circuito elettrico il flusso concatenato varia nel tempo si genera una tensione

𝑉=− 𝑑𝛷𝑑𝑡

Legge di Biot-Savart

un conduttore percorso da corrente di intensità igenera un campo magnetico di intensità B

B

𝜇0=4𝜋 ∙10− 7𝑁 𝐴− 2

Forza di Lorentz

una carica q in moto con velocità v e immersa in un campo magnetico di intensità B è sottoposta ad una forza:

�⃗�=𝑞 �⃗�× �⃗�

Forza di Lorentz su un filo

Un conduttore di lunghezza percorso da corrente i e immerso in un campo magnetico di intensità B è sottoposto ad una forza F:

�⃗�=ℓ �⃗�× �⃗�

Coppia meccanica su una spira

Una spira conduttrice di area A percorsa da corrente i e immersa in un campo magnetico di intensità B è sottoposto ad una coppia meccanica:

𝑇=𝑖𝐴𝐵 sin𝜃

Coppia meccanica su una spira

Motori Elettrici

Classificazione motori elettrici


Motori DC

• Motore a spazzole

• Motore universale

• Motore brushless

• Motore passo passo

Motori AC

• Motore Monofase

• Motore Trifase

• Sincrono

• Asincrono




Motori DC





Motori AC

• Motore Monofase

• Motore Trifase

• Sincrono

• Asincrono




Motori DC





Motori AC

• Motore Monofase

• Motore Trifase

• Sincrono

• Asincrono




Motori DC





Motori AC

• Motore Monofase

• Motore Trifase

• Sincrono

• Asincrono




Motori DC





Motori AC

• Motore Monofase

• Motore Trifase

• Sincrono

• Asincrono



Motore DC a Spazzole

Cenni Storici1821 Michael Faraday idea il primo motore elettrico della storia

1831 Scoperta dell’induzione elettromagnetica

1860 Antonio Pacinotti sviluppa il primo prototipo di dinamo

1869 Zénobe Gramme perfeziona la dinamo

1870 Accoppiamento della dinamo alla turbina idraulica e avvio della produzione commerciale di elettricità

Motore DC a spazzole

statore

rotoreCircuito di armatura(o di rotore)




Motore Universale(o con statore con filo avvolto)

statoreCircuito di eccitazione (o di statore)

rotoreCircuito di armatura(o di rotore)

Motore Universale

MOTORE AD ECCITAZIONE IN PARALLELOcoppia maggiore, minore velocità

MOTORE AD ECCITAZIONE IN SERIEcoppia inferiore e asintotica allo zero con l'aumentare del regime, maggiore velocità

MOTORE AD ECCITAZIONE INDIPENDENTEsi ha allora più flessibilità nel controllo dei parametri (coppia e velocità) del motore

Schema elettrico rotore

Equazione del moto

Equazioni parte elettrica

Caratteristiche motore

Velocità Motore DC a spazzole

• Tensione applicata

• Corrente assorbita dal rotore

• Carico applicato

Pro - Contro

Facilità di regolazione(controllo in tensione del circuito di eccitazione)

Consumo delle spazzole(spazzole in grafite o lega metallica)

Velocità di rotazione limitata dalle spazzole(3500 – 4500 giri/minuto)

Disturbi elettrici causati dal transiente(eliminabili con dei filtri)

Applicazioni

Motore Brushless

Principio di funzionamento


NS

Principio di funzionamentoN

S

NS

Principio di funzionamentoN

S

NS

N

S

Categorie Motori Brushless

• Campo trapezoidale (DC)

• Campo sinusoidale (AC)

Coppia Motore Brushless DC

Motore Brushless Campo Sinusoidale (AC)

La coppia deve variare sinusoidalmente con l’angolo θ

Impongo anche una corrente sinusoidale

La coppia totale è:

Componenti Motore Brushless

Schema elettrico

Logica Brushless

Pro - ControNon ci sono spazzole(nessuna perdita elettrica, meccanica per attrito, scintille)

Circuito di alimentazione nello statore(raffreddamento più semplice)

Rapporto Peso/Potenza e Potenza Dimensioni

Numero di avvolgimenti minore(difficile avere una coppia costante)

Tecnologia non diffusa

Costi(necessità di un controller elettronico)

Applicazioni

Motore Spazzole VS Brushless

43

2

1

5

Motore Aspirapolvere Brushless

4

123

Step Motor (Motore Passo Passo)


• Motore sincrono brushless

• Lo scopo è mantenere bloccato l’albero in una posizione di equilibrio

• Viene spostato mediante scatti successivi attivati da una serie di impulsi

Categorie di Step Motor

• Motori a Riluttanza Variabile

• Motori a Magneti permanenti

• Motori Ibridi

Richiami di Magnetismo – La Riluttanza

La riluttanza dipende dal cammino geometrico

Step Motor a riluttanza variabile

Step Motor a riluttanza variabile (2)



Step Motor a Magneti Permanenti

Step Motor a Magneti Permanenti (2)

Step Motor a Magneti Permanenti (3)

Step Motor Ibridi

Step Motor Ibridi (1)



Ciclo di 4 passi del Motor Step

Pro - ControElevata precisione

Hanno un’elevata robustezza meccanica ed elettrica

Semplicità di utilizzo e controllo

Stabile nella posizione a rotore bloccato

Non necessitano di taratura

Richiedono circuiti elettronici per il pilotaggio

Producono molto calore

Permettono velocità di rotazione basse

Applicazioni

A domani!

Science

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