Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
Vi siete mai chiesti cosa fa girare il piccolo ventilatore sulla vostra scrivania? O come funziona un semplice motore in un trenino? La risposta è spesso un piccolo dispositivo intelligente. Si tratta di un motore a induzione a poli schermati.
Questo articolo è per voi. Vi aiuta a capire come funzionano le cose di tutti i giorni. Vi spiegheremo il motore a induzione a poli schermati in parti semplici. Imparerete a conoscere la sua semplice costruzione. Imparerete come l'"ombra" sui poli lo fa girare. Imparerete anche per quale tipo di applicazione viene utilizzato. Dopo la lettura, capirete la grande idea che sta alla base di questo piccolo ma importante motore.
Il motore a induzione a poli schermati è un tipo di motore a induzione monofase molto semplice. Altri motori hanno bisogno di parti speciali per essere avviati, ma questo non ne ha bisogno. Può avviarsi da solo. Questo lo rende un motore autoavviante. Per questo motivo, è perfetto per le piccole cose che non costano molto. Il segreto dell'avviamento è una particolarità dei suoi poli.
Il nome la dice lunga. Si tratta di un "motore a induzione". Ciò significa che utilizza un campo magnetico per far girare il rotore. Il rotore è la parte che gira. Non c'è un filo elettrico che li collega direttamente. La parte più importante è il "polo ombreggiato". Ogni polo del motore è coperto da una piccola sezione. Questa copertura, o "ombra", è un anello di rame. Questo semplice schermo è ciò che fa funzionare il tutto. Il motore a induzione a poli ombreggiati mostra un modo molto intelligente e semplice di fare le cose.
Questo tipo di motore è chiamato motore a induzione a poli ombreggiati a causa di questa parte speciale sui suoi poli. L'ombra non è una vera e propria ombra della luce. È un'ombra di tipo elettrico. Fa sì che il campo magnetico ritardi in quella parte del polo. Questo ritardo è la chiave per far muovere il motore. Vediamo più da vicino come questa semplice ombra sui poli genera una forza di rotazione. Il motore a induzione a poli ombreggiati è molto interessante.
Il modo in cui è costruito un motore a induzione a poli schermati è uno dei suoi aspetti migliori. La sua struttura è composta da pochissime parti. Questo lo rende economico da realizzare. Inoltre, funziona a lungo. Le parti principali sono lo statore e il rotore. La semplicità della sua costruzione è il motivo per cui viene utilizzato in molte piccole macchine.
Lo statore è la parte del motore che non si muove. Lo statore del motore a poli sfumati è costituito da sottili fogli di ferro pressati insieme. Questo è il nucleo. Il nucleo ha dei poli che sporgono. Questi sono chiamati poli salienti. Intorno a questi poli è avvolta una bobina principale di filo. Questo è l'avvolgimento. Quando si collega questa bobina a un alimentatore CA, si genera un flusso magnetico che cambia. La parte più importante dello statore è l'"ombra". Una fessura è tagliata attraverso una parte di ciascuno dei poli. In questa fessura viene inserito un anello di rame, chiamato anche bobina di ombreggiamento. Questo anello fornisce l'ombra per il polo.
Il rotore è la parte che gira. In un motore a poli schermati, il rotore è solitamente del tipo a gabbia di scoiattolo. Ciò significa che è un cilindro fatto di lamiere di ferro con barre di rame o alluminio che lo attraversano. Queste barre sono unite da anelli alle due estremità. Il rotore non ha avvolgimenti o spazzole. È una parte molto semplice e robusta. Il rotore gira grazie al modo in cui il campo magnetico dei poli lavora con la corrente che crea nelle barre del rotore.
Quando si parla di "ombra" sui pali, non si intende l'ombra del sole. L'"ombra" è un piccolo anello singolo di filo di rame. Può anche essere un anello di rame pieno. Questo anello è avvolto intorno a una piccola parte di ciascuno dei poli del motore. Questa parte del polo è chiamata parte ombreggiata. L'altra parte del polo è la parte non ombreggiata.
Questo paralume è una bobina di filo collegata a se stessa. Per il funzionamento dell'elettricità e dei magneti, quando il flusso magnetico della bobina principale cambia, si crea una corrente elettrica nel paralume di rame. Questa nuova corrente crea un proprio flusso magnetico. Questo nuovo flusso si opporrà alla variazione del flusso principale. La presenza della bobina di ombreggiamento crea un secondo campo magnetico. Questo secondo campo è sfasato rispetto al primo.
Si può pensare in questo modo. L'avvolgimento principale crea un campo magnetico su tutto il polo. Ma il paralume spinge su questo campo nella sua piccola area. Questa "spinta" non è sempre la stessa. Fa sì che il flusso magnetico nella parte ombreggiata arrivi in ritardo rispetto a quello nella parte non ombreggiata. Quindi, l'ombra ritarda il campo magnetico su un lato del polo. Questo piccolo ritardo è la cosa più importante. La schermatura è ciò che fa funzionare il motore. L'ombra sui poli è lo strumento di avviamento del motore.
Il trucco speciale del motore a induzione a poli ombreggiati consiste nel creare un campo magnetico in movimento con una sola fase di alimentazione CA. L'ombra sui poli è la chiave. Fa sì che il flusso magnetico si "sposti" da un lato all'altro del polo. Questo flusso mobile agisce come un debole campo magnetico rotante.
Ecco come funziona il flusso mobile per avviare il motore. Quando la corrente CA nell'avvolgimento principale aumenta, anche il flusso magnetico nei poli si intensifica. Questo cambiamento induce una corrente nella bobina di ombreggiamento. La corrente nella bobina di schermatura crea un altro flusso che spinge contro il flusso principale. Ciò significa che il flusso magnetico è più forte nella parte non ombreggiata del polo. È più debole nella parte ombreggiata del polo.
Quando il flusso principale è al suo punto più alto, smette per un attimo di cambiare. In questo momento, la bobina ombra fa ben poco. Il flusso si distribuisce su tutti i poli. Poi, quando il flusso principale comincia a indebolirsi, la bobina d'ombra emette di nuovo una corrente per contrastare questo cambiamento. Cerca di mantenere il flusso forte. Questo fa sì che il flusso sia più forte nella parte ombreggiata del polo. Il risultato finale è che il centro del campo magnetico si sposta. Si sposta dalla parte non ombreggiata alla parte ombreggiata del polo. Questo movimento si ripete a ogni ciclo dell'alimentazione CA. Ciò genera una debole forza di rotazione sul rotore, che inizia a girare.
Vediamo il funzionamento completo di un motore a poli schermati durante un ciclo di alimentazione CA. Il modo in cui il flusso magnetico si muove attraverso i poli è quello che dà la forza per far girare il rotore.
Questo ciclo si ripete continuamente. Si ripete 60 volte al secondo se si dispone di un'alimentazione a 60 Hz. Il campo magnetico si muove sempre sulla faccia del polo. Si sposta dal lato non ombreggiato a quello ombreggiato. Questo campo mobile trascina con sé le barre del rotore a gabbia di scoiattolo. Questa azione di trazione fa girare il rotore. È così che il motore può avviarsi e continuare a funzionare.
Una delle cose principali da sapere su un motore a induzione a poli schermati è che ha una coppia di avviamento molto bassa. La coppia di avviamento è la potenza di rotazione di un motore al primo avvio. Questa debolezza è dovuta al modo in cui è costruito.
Il campo magnetico rotante creato dall'ombra sui poli non è un vero e proprio campo rotante liscio. È piuttosto un flusso oscillante o in movimento. La differenza temporale, o angolo, tra il flusso nella parte ombreggiata e quello nella parte non ombreggiata dei poli è piccola. Poiché questo campo è debole e non omogeneo, anche la forza che esercita sul rotore all'inizio è molto debole.
Ciò significa che un motore a induzione a poli schermati non può avviarsi se viene collegato a un lavoro pesante. È adatto solo per attività in cui il lavoro è molto leggero all'inizio. Un piccolo ventilatore a pale o una piccola pompa dell'acqua sono buoni esempi. Man mano che il motore accelera, la potenza di rotazione viene prodotta maggiormente dall'azione principale del motore a induzione monofase. Ma la prima spinta è sempre morbida. La bassa coppia di avviamento è un grosso svantaggio che si ottiene per il suo design semplice.
Il motore a induzione a poli schermati è presente in molti piccoli oggetti di uso quotidiano. È una scelta popolare per tutte le applicazioni che richiedono una piccola quantità di potenza e non hanno bisogno di un avviamento potente. Questo perché costa poco, è costruito in modo semplice e funziona a lungo.
L'applicazione più comune è quella dei piccoli ventilatori. Ad esempio, si pensi alle ventole da scrivania, alle ventole che aspirano l'aria dai bagni o alle piccole ventole che raffreddano i dispositivi elettronici come i proiettori o i computer. Questi sono tutti impieghi perfetti per un motore a poli sfumati. La pala di un ventilatore ha bisogno di pochissima energia per iniziare a girare. Altri usi sono:
Questi motori sono un tipo di motore a bassa potenza. Non sono utilizzati per grandi lavori. Ad esempio, non si trovano nelle lavatrici o negli elettroutensili. Queste macchine hanno bisogno di una coppia di avviamento molto più elevata e di una migliore efficienza. Tuttavia, per qualsiasi piccolo dispositivo che deve solo girare, il motore a induzione a poli schermati è spesso la scelta migliore.
È molto difficile rendere un motore a induzione a poli schermati molto più potente. Il modo in cui è stato progettato ne limita la potenza e l'efficienza. Il metodo utilizzato per avviare il motore, con l'ombra sui poli, spreca molta energia.
Molta energia si trasforma in calore e viene persa. Questo accade spesso nella bobina di ombreggiamento. Questa perdita significa che il motore ha un'efficienza molto bassa. L'efficienza è spesso compresa tra 5% e 35%. Anche il fattore di potenza di questo tipo di motore è molto basso. Il fattore di potenza indica in che misura il motore utilizza l'energia elettrica che riceve. Un fattore di potenza basso significa che viene sprecata più energia.
È possibile apportare piccole modifiche al motore. Si possono usare materiali migliori o cambiare la forma dei poli o del paralume. Ma non si può trasformare un motore a poli ombreggiati in un motore molto potente. Il suo compito è quello di essere un motore semplice e a basso costo per esigenze di bassa potenza. Se si ha bisogno di una maggiore potenza o di una migliore efficienza, si deve utilizzare un altro tipo di motore, come un motore ad avviamento capacitivo. Il motore a poli schermati è il migliore per il lavoro per cui è stato creato: compiti semplici con bassa potenza di avviamento.
Come ogni strumento, il motore a induzione a poli schermati presenta aspetti positivi e negativi. I suoi punti positivi sono il motivo per cui è così comune. I suoi punti negativi limitano i lavori che può svolgere.
| Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|
| Semplice da costruire: Ha pochissime parti. Non ci sono spazzole o parti speciali di avviamento. | Debolezza della potenza di partenza: Non può iniziare con un lavoro pesante. |
| Basso costo: La semplicità del design e dei componenti ne rende molto economica la realizzazione. | Spreca molta energia: Molta energia elettrica si trasforma in calore. |
| Funziona a lungo: non ha spazzole che possono usurarsi, quindi può durare a lungo. | Basso fattore di potenza: Non utilizza molto bene l'energia della presa di corrente. |
| Si avvia da solo: Non ha bisogno di un pezzo speciale per avviarsi. | Bassa potenza: è adatto solo per piccoli lavori che non richiedono molta potenza. |
| Robustezza: il rotore a gabbia di scoiattolo è molto resistente e difficile da rompere. | La velocità è difficile da modificare: La sua velocità è regolata principalmente dall'alimentazione a parete. |
Si ottiene un aspetto positivo, ma anche uno negativo. Si ottiene un design molto semplice e un prezzo basso. In cambio, però, si ottiene un motore che non funziona molto bene. Per un piccolo ventilatore, questo è un buon affare. Per altri lavori, la scarsa efficienza e la bassa coppia di avviamento sono un grosso problema.
Il numero di poli di un motore CA ne modifica la velocità. Questo vale anche per un motore a induzione a poli schermati. La velocità di rotazione del campo magnetico è chiamata velocità sincrona. Questa velocità è determinata da due fattori: la frequenza della corrente alternata e il numero di poli.
Il collegamento è semplice. Maggiore è il numero di poli, più lento sarà il motore. La velocità del motore è inversamente proporzionale al numero di poli. Ad esempio, un motore a due poli funzionerà più velocemente di un motore a quattro poli, anche se utilizzano la stessa potenza di 60 Hz. La velocità di funzionamento reale sarà leggermente inferiore alla velocità sincrona.
La maggior parte dei motori a induzione a poli schermati ha una struttura a due o quattro poli. L'utilizzo di più poli può talvolta rendere il motore più fluido. Ma rende anche la costruzione un po' più difficile. La scelta del numero di poli da utilizzare dipende dalla velocità necessaria per il lavoro. Il numero di poli è una parte fondamentale della progettazione del motore. I poli e la tonalità sui poli sono ciò che fa funzionare il motore nel modo in cui lo fa.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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