I Motori Universali (motori A Spazzole) - Cenni sul loro funzionamento

[Livio Orsini]

Questo file è un brevissimo tutorial sul funzionamento di questi motori.

Lo inserisco perchè ho notato che a volte, anche recentemente su questo forum, vengono diffuse notizie piuttosto "amene" su questi motori e sul loro funzionamento.

Soero che queste note possano fare un po' di chiarezza e, soprattutto, sfatino alcune leggende metropolitane su questi motori.

Proprio recentemente ho letto di possibilità di correnti iniziali dell'ordine dei kA (sic!).

Nel caso qualcuni volesse chiarimenti, approfondimenti sia sui motori stessi, sia sulle tecniche più diffuse del loro controllo di velocità, sono disponibile a fornirle, ovviamente entro i miei limiti di conoscenza e di tempo.

Chiunque volesse contribuire sarà ben accetto, a patto che affronti l'argomento seriamente.

[Diomede Corso]

Grazie Livio,

molto tecnico ma utilissimo a fare chiarezza. Applicato al settore in questione le domande sorgono spontanee:

- come avviene la revolazione della velocità di questi motori? C'è un rilevatore tachimetrico che restituisce un valore alla scheda (lettura della velocità) che poi attraverso il softare agisce sul motore ma in che modo?

- le vecchie lavatrici con questo tipo di motori erano le PMSystem ma oggi questo tipo di motori sono differenti? E' solo una variante costruttiva oppure sono proprio due motori differenti?

Nei PMSystem, anche se non credo che tocchi a me raccontarteli perchè credo li conoscerai molto bene, c'era solo un'avvolgimento statorico e poi un'indotto su cui posavano le spazzole (ho misurato circa 500V tra una e l'altra durante il funzionamento). Il motore veniva alimentato da un trasformatore che ignoro e a questo punto ti chiedo di illuminarci. La regolazione solo per la centrifuga e in misura quasi impercettibile per il lavaggio era fatta da un potenziometro, non c'era tachimetrica nè bilanciamento.

Quelli attuali invece noto che hanno invece un avvolgimento rotorico (taluni entrambi), e oltre alle spazzole decisamente più piccole rispetto alle PM c'è una tachimetrica come descritto per rilevare velocità e agire di conseguenza.

Ormai tutto ciò è preistoria in questo settore da quando siamo passati ai motori inverter

[klsrc]

Diomede, mi son deciso

Nel pomeriggio posterò la descrizione dei sistemi di pilotaggio che sto già scrivendo da ore e risponderò a tutte le tue domande, perché no, anche a quelle degli altri.

Cosi si concluderà questo capitolo.

Una guida che andrà a complementare quanto già detto da Livio circa la struttura dei motori.

La posto qui a seguito o in una nuova discussione in modo da separare gli argomenti?

In un altra discussione e, al limite, la mettiamo in evidenza?

A dopo.

[isz76]

Diomede Corso+5/11/2011, 14:37--> (Diomede Corso @ 5/11/2011, 14:37)

ecco appunto...... credo che il sig. Orsini abbia voluto fare "chiarezza" ma parlando di motori non si puo' che essere abbastanza tecnici per spiegare.... quindi lingua non comprensibile a tutti.giustamente viste le varie "legende"che si creano intorno ad essi e' stato oportuno che qualcuno (Orsini in questo caso) abbia preso la palla al balzo e cercato di dar sazio a chi volesse capirne qualcosa in piu', in fondo chi meglio di lui....

ora pero' io mi limiterei all intervento del signor Livio che e' gia' ben esaustivo e non creerei problemi vari nel chi invece di trovare una soluzione in questo sito si trova a dover combatere con trigonometria, formule matematiche e percentuali.spero sia capito questo mio intervento

Alessandro

[Livio Orsini]

In un motore ad eccitazione indipendente la regolazione di velocità è semplice. Fissata una determinata corrente di campo la velocità è proporzionale alla tensione di armatura. Solitamente nei fogli tencnici si da la costante di velocità per campo saturo.

Nel caso di un motore ad eccitazione serie le cose son meno smeplici e lienari.

Nel caso di un motore universale si complicano ulteriormente perchè bisogna considerare le impedenze degli avvolgimenti di indotto e di induttore, in luogo delle semplici resitenze.

Si potranno scrivere le relazioni:

C = Kc*phi*I [1]

V = E + (Zi + Zs) * I [2]

w = [V-(Zi + Zs) * I ] /K*phi [3]

Dove

phi = flusso

C = coppia motrice

V = tensione

E = forza controelettromotrice

Zi = impedenza di indotto

Zs = impedenza di induttore

I = corrente

w = velocità angolare.

La caratteristica elettromeccanica di coppia C = f (I) ha un tratto iniziale parabolico seguito da un tratto leggermente concavo verso l'asse delle ascisse, dove si rappresrenta I.

Sottraendo i valori dovuti alla coppia di perdita Cp = f (I) [ovviamente la relazione è identica ma cambia il valore della costante], che è leggermente decrescente all'aumentare di I (aumenta il remdimento), si ottiene la caratteristica meccanica della coppia utile Cp = f(I).

La caratteristica elettromenccanica di velocità w = f(I), sino a che il flusso cresce proporzionalmente al cresecere della corrente, soddisfa la relazione [3]. Si può considerare, con buona approssimazione, la funzione come una curva sostanzialmente ipebolica.

La velocità risulta inversamente proporzionale alla corrente assorbita. In effetti il motore universale a vuoto ha la tendenza ad "andare in fuga".

Aumentando il valore della corrente assorbita si ha la saturazione del flusso, quindi il flusso è pressochè costante; acquista un peso crescente il termine -(Zi + Zs) * I. Il tratto a flusso saturato è sostanzialmente lineare ed intercetta l'asse delle ascisse (velocità = 0) per il valore di corrente

Ia = V/(Zi + Zs).

man mano che la velocità aumenta la corrente assorbita viene limitata sempre più dalla crescente f.c.e.m di indotto.

Da questa semplice descrizione teorica delle funzioni di trasferimento del motore universale si ricavano i metodi di regolazione della velocità del medesimo.

Il più antico metodo cosiste nel classico reostato. In pratica inserendo il reostato in serie si aumenta il termine (Zi + Zs) di un valore variabile corrispondenta al valore di resistenza del reostato stesso.

Con l'avvento dei dispositivi di controllo della tensione in alternata allo stato solido, SCR prima e Triac poi, è possibile agire più facilmente sulla tensione di armatura. In questo modo l'equilibrio V = E + (Zi + Zs) * I può avvenire per qaulsiasi valore di V > 0.

Il sistema più semplice, quello usato ad esempio sugli elettroutensili portatili, è molto simile ad classico variatore di luce per lampade ad in candescenza, con l'aggiunta di filtri per ottimizzare il tutto per un carico induttivo come il motore.

In questo caso la regolazione è esclusivamente ad anello aperto.

Per richiudere l'anello di velocità onde avere maggior precisione e costanza si può far uso di varie tecniche.

La più antica prevede l'uso di un generatore tachimetrico di tipo dinamo.

Questo trasduttore ha alcuni limiti e difetti.

Elevato valore di ripple, linearità non eccelsa, precisione che varia da alcuni % per i modelli economici sino al limite di 0.1% teorico dei modelli più ingombranti e costosi, stabilità a lungo termine ed al variare della temperatura compresi tra 0.1% ed alcuni %. Ovviamente son dati indicativi, per dati precisi è necessario consultare i singoli fogli tecnici.

Oggigiorno si tende ad usare encoder incrementali.

Questi trasduttori, a fronte di costi limitati, offrono numerosi vantaggio.

Ingombri ridottissimi, precisione praticamente assoluta perchè dipende esclusivamente dallo strumento di misura, costanza assoluta perchè gli impulsi per rivoluzione non variano nel tempo ed al variare delle condizioni ambientali.

Inoltre sono l'interfaccia naturale per i regolatori odierni, basati esclusivamente su tecnologia digitale.

Ovviamente nel poco spazio del messaggio non è possible addentrarsi più a fondo nelle varie tecniche.

Potrebbe essere l'argomento di un successivo documento.

per chi volesse documentarsi esistono parecchie Note Applicativa redatte dai costruttori di componenti che trattano l'argomento della regolazione di velocità dei motori universali.

Io trovo particolarmente interessanti le AN della Microchip.

[Livio Orsini]

E' un'esigenza che comprendo perfettamente, tanto che nei miei tutorial riduco al minimo indispensabile l'uso di formule, limitandole a quelle basilari ed elementari.

Comunque per chi ha la voglia, e ha le basi scientifiche, per approfondire l'argomento può sempre consultare almeno la biografia essenziale che riporto al termine dei documenti.

[isz76]

Livio Orsini+5/11/2011, 17:17--> (Livio Orsini @ 5/11/2011, 17:17)

ed e' quello che chi come me e tanti altri a cui piace e conosciamo l elttronica faremo piu' che volentieri

Grazie Alessandro