Motore elettrico

Un motore elettrico è una macchina elettrica che converte l’energia elettrica in energia meccanica. La maggior parte dei motori elettrici opera attraverso l’interazione tra il campo magnetico del motore e le correnti di avvolgimento per generare forza sotto forma di rotazione. I motori elettrici possono essere alimentati da fonti di corrente continua (CC), ad esempio da batterie, veicoli a motore o raddrizzatori, o da fonti di corrente alternata (CA), come una rete elettrica, inverter o generatori elettrici. Un generatore elettrico è meccanicamente identico a un motore elettrico, ma funziona nella direzione opposta, accettando l’energia meccanica (ad esempio dall’acqua che scorre) e convertendo questa energia meccanica in energia elettrica.

I motori elettrici possono essere classificati in base a considerazioni quali il tipo di alimentazione, la costruzione interna, l’applicazione e il tipo di uscita del movimento. Oltre ai tipi CA e CC, i motori possono essere spazzolati o senza spazzole, possono essere di varie fasi (vedere monofase, bifase o trifase) e possono essere raffreddati ad aria o a liquido. I motori per uso generale con dimensioni e caratteristiche standard forniscono una potenza meccanica conveniente per uso industriale. I motori elettrici più grandi sono utilizzati per la propulsione navale, la compressione delle condutture e le applicazioni di stoccaggio a pompaggio con valori che raggiungono i 100 megawatt. I motori elettrici si trovano in ventilatori industriali, ventilatori e pompe, macchine utensili, elettrodomestici, utensili elettrici e azionamenti a disco. Piccoli motori possono essere trovati in orologi elettrici.

In alcune applicazioni, come nella frenatura rigenerativa con motori di trazione, i motori elettrici possono essere utilizzati al contrario come generatori per recuperare energia che altrimenti andrebbe persa sotto forma di calore e attrito.

I motori elettrici producono una forza lineare o rotante (coppia) e possono essere distinti da dispositivi come solenoidi magnetici e altoparlanti che convertono l’elettricità in movimento ma non generano forze meccaniche utilizzabili, che sono rispettivamente indicati come attuatori e trasduttori.

componenti

Rotore
In un motore elettrico, la parte mobile è il rotore, che fa girare l’albero per fornire la potenza meccanica. Di solito il rotore è dotato di conduttori che trasportano correnti che interagiscono con il campo magnetico dello statore per generare le forze che ruotano l’albero. In alternativa, alcuni rotori portano magneti permanenti e lo statore tiene i conduttori.

cuscinetti
Il rotore è supportato da cuscinetti che consentono al rotore di ruotare sul proprio asse. I cuscinetti sono a loro volta supportati dall’alloggiamento del motore. L’albero motore si estende attraverso i cuscinetti verso l’esterno del motore, dove viene applicato il carico. Poiché le forze del carico sono esercitate oltre il cuscinetto più esterno, si dice che il carico sia sovrastato.

statore
Lo statore è la parte fissa del circuito elettromagnetico del motore e solitamente è costituito da due avvolgimenti o da magneti permanenti. Il nucleo dello statore è costituito da molti fogli sottili di metallo, chiamati laminazioni. Le laminazioni sono utilizzate per ridurre le perdite di energia che si verificherebbero se venisse utilizzato un nucleo solido.

Vuoto d’aria
La distanza tra il rotore e lo statore è definita traferro. Il traferro ha effetti importanti, ed è generalmente il più piccolo possibile, poiché un ampio gap ha un forte effetto negativo sulle prestazioni. È la principale fonte del basso fattore di potenza a cui i motori funzionano. La corrente di magnetizzazione aumenta con il traferro. Per questo motivo, il traferro dovrebbe essere minimo. Spazi molto piccoli possono presentare problemi meccanici oltre a rumore e perdite.

avvolgimenti
Gli avvolgimenti sono fili che sono disposti in bobine, solitamente avvolti attorno ad un nucleo magnetico laminato in ferro dolce in modo da formare dei poli magnetici quando sono energizzati con corrente.

Le macchine elettriche sono disponibili in due configurazioni base dei poli del campo magnetico: configurazioni saliente e non-polo. Nella macchina del polo saliente il campo magnetico del polo è prodotto da una avvolgimento attorno al polo sotto la faccia del palo. Nel campo del polo non secondario, o del campo distribuito, o rotore circolare, l’avvolgimento è distribuito in fessure della faccia dei poli. Un motore a poli schermati ha un avvolgimento attorno a una parte del polo che ritarda la fase del campo magnetico per quel polo.

Alcuni motori hanno conduttori costituiti da metallo più spesso, come barre o fogli di metallo, in genere rame, in alternativa alluminio. Questi sono di solito alimentati da induzione elettromagnetica.

Commutatore
Un commutatore è un meccanismo utilizzato per commutare l’ingresso della maggior parte delle macchine DC e di alcune macchine AC. Consiste di segmenti di anelli di sicurezza isolati l’uno dall’altro e dall’albero. La corrente di armatura del motore viene fornita tramite spazzole fisse a contatto con il commutatore rotante, che provoca l’inversione di corrente necessaria e applica la potenza alla macchina in modo ottimale quando il rotore ruota da un polo all’altro. In assenza di tale inversione di corrente, il motore si fermerebbe frenando. Alla luce delle tecnologie migliorate nei campi del controllore elettronico, del controllo senza sensori, del motore a induzione e del motore a magnete permanente, i motori a induzione e magnete permanente commutati esternamente stanno spostando i motori commutati elettromeccanicamente.

Fornitura e controllo motore

Fornitura di motori
Un motore a corrente continua viene solitamente alimentato tramite un commutatore ad anello scorrevole come descritto sopra. La commutazione dei motori CA può essere sia commutatore ad anello scorrevole o di tipo commutato esternamente, può essere di tipo a controllo di velocità fissa o variabile e può essere di tipo sincrono o asincrono. I motori universali possono funzionare su CA o CC.

Controllo del motore
I motori CA controllati a velocità fissa sono dotati di avviatori diretti o soft-start.

I motori a corrente alternata controllati a velocità variabile sono dotati di una gamma di diversi inverter di potenza, azionamento a frequenza variabile o tecnologie di commutatore elettronico.

Il termine commutatore elettronico è solitamente associato al motore CC senza spazzole a commutazione automatica e alle applicazioni a motore a riluttanza commutata.

Categorie principali
I motori elettrici operano su tre diversi principi fisici: magnetismo, elettrostatica e piezoelettricità. Di gran lunga, il più comune è il magnetismo.

Nei motori magnetici, i campi magnetici si formano sia nel rotore che nello statore. Il prodotto tra questi due campi genera una forza e quindi una coppia sull’albero motore. Uno o entrambi i campi devono essere fatti per cambiare con la rotazione del motore. Questo viene fatto accendendo e spegnendo i poli al momento giusto o variando la forza del palo.

I tipi principali sono motori a corrente continua e motori a corrente alternata, il primo è sempre più spostato da quest’ultimo.

I motori elettrici CA sono asincroni o sincroni.

Una volta avviato, un motore sincrono richiede il sincronismo con la velocità sincrona del campo magnetico in movimento per tutte le normali condizioni di coppia.

Nelle macchine sincrone, il campo magnetico deve essere fornito con mezzi diversi dall’induzione, ad esempio da avvolgimenti eccitati separatamente o magneti permanenti.

Un motore a potenza frazionaria (FHP) ha una potenza inferiore a circa 1 cavallo (0,746 kW), oppure è prodotto con un telaio di dimensioni standard più piccolo di un motore standard da 1 HP. Molti motori domestici e industriali sono nella classe a potenza frazionaria.

Abbreviazioni:

BLAC – Brushless AC
BLDC – DC senza spazzole
BLDM – Motore DC senza spazzole
EC – Commutatore elettronico
PM – Magnete permanente
IPMSM – Motore sincrono a magneti permanenti interni
PMSM – Motore sincrono a magneti permanenti
SPMSM – Motore sincrono a magneti permanenti di superficie
SCIM – Motore a induzione a gabbia di scoiattolo
SRM – Motore a riluttanza commutata
SyRM – Motore sincrono a riluttanza
VFD – Azionamento a frequenza variabile
WRIM – Motore a induzione a rotore avvolto
WRSM – Motore sincrono a rotore avvolto
LRA – Amplificatori a rotore bloccato: la corrente che ci si può aspettare in condizioni di avviamento quando si applica la massima tensione. Si verifica istantaneamente durante l’avvio.
RLA – Ampere a carico nominale: la corrente massima che un motore deve assorbire in qualsiasi condizione operativa. Spesso erroneamente chiamati ampli a caricamento in esecuzione, che inducono le persone a credere, erroneamente, che il motore debba sempre tirare questi amplificatori.
FLA – Ampere a pieno carico: modificato nel 1976 in “RLA – Ampi a carico nominale”.

Motore auto commutato

Motore DC spazzolato
Per definizione, tutti i motori DC auto commutati funzionano a corrente continua. La maggior parte dei motori DC sono di tipo a magnete permanente (PM). Contengono una commutazione meccanica interna spazzolata per invertire la corrente degli avvolgimenti del motore in sincronismo con la rotazione.

Motore DC eccitato elettricamente
Un motore a corrente continua commutato ha una serie di avvolgimenti rotanti avvolti su un’armatura montata su un albero rotante. L’albero porta anche il commutatore, un interruttore elettrico rotativo a lunga durata che inverte periodicamente il flusso di corrente negli avvolgimenti del rotore mentre l’albero ruota. Pertanto, ogni motore a corrente continua spazzolato ha AC che scorre attraverso i suoi avvolgimenti rotanti. La corrente scorre attraverso una o più paia di spazzole che poggiano sul commutatore; le spazzole collegano una fonte esterna di energia elettrica all’armatura rotante.

L’armatura rotante è costituita da una o più bobine di filo avvolto attorno ad un nucleo ferromagnetico laminato, magneticamente “morbido”. La corrente proveniente dalle spazzole scorre attraverso il commutatore e un avvolgimento dell’armatura, rendendolo un magnete temporaneo (un elettromagnete). Il campo magnetico prodotto dall’armatura interagisce con un campo magnetico stazionario prodotto da un PM o da un altro avvolgimento (una bobina di campo), come parte del telaio del motore. La forza tra i due campi magnetici tende a ruotare l’albero del motore. Il commutatore accende le bobine quando il rotore gira, mantenendo i poli magnetici del rotore completamente allineati con i poli magnetici del campo dello statore, in modo che il rotore non si arresti mai (come fa un ago della bussola), ma continua a ruotare finché viene applicata l’alimentazione.

Molte delle limitazioni del classico motore DC del commutatore sono dovute alla necessità che le spazzole premano contro il commutatore. Questo crea attrito. Le scintille sono create dalle spazzole che creano e interrompono i circuiti attraverso le bobine del rotore mentre le spazzole attraversano gli spazi isolanti tra le sezioni del commutatore. A seconda del progetto del commutatore, questo potrebbe includere le spazzole che mettono in cortocircuito insieme le sezioni adiacenti – e quindi le estremità della bobina – momentaneamente mentre attraversano gli spazi vuoti. Inoltre, l’induttanza delle bobine del rotore fa sì che la tensione su ciascuna di esse aumenti quando il suo circuito viene aperto, aumentando la scintilla delle spazzole. Questa scintillazione limita la velocità massima della macchina, poiché anche una rapida scintilla surriscalda, erode o addirittura fonde il commutatore. La densità di corrente per unità di area delle spazzole, in combinazione con la loro resistività, limita l’uscita del motore. La creazione e la rottura del contatto elettrico genera anche rumore elettrico; la scintilla genera RFI. Le spazzole alla fine si consumano e richiedono la sostituzione, e il commutatore stesso è soggetto a usura e manutenzione (su motori più grandi) o sostituzione (su motori piccoli). Il gruppo commutatore su un motore di grandi dimensioni è un elemento costoso, che richiede un assemblaggio di precisione di molte parti. Sui piccoli motori, il commutatore di solito è permanentemente integrato nel rotore, quindi la sostituzione di solito richiede la sostituzione dell’intero rotore.

Mentre la maggior parte dei commutatori sono cilindrici, alcuni sono dischi piatti costituiti da diversi segmenti (in genere, almeno tre) montati su un isolatore.

Sono necessarie spazzole grandi per un’area di contatto della spazzola più grande per massimizzare la potenza del motore, ma sono necessari piccoli pennelli per una massa ridotta per massimizzare la velocità alla quale il motore può girare senza che le spazzole rimbalzino eccessivamente e si accendano. (Piccole spazzole sono anche desiderabili per un costo inferiore.) Le molle a spazzola rigida possono anche essere utilizzate per rendere le spazzole di una determinata massa lavorate a una velocità maggiore, ma al costo di maggiori perdite per attrito (minore efficienza) e usura accelerata della spazzola e del commutatore. Pertanto, il design della spazzola del motore DC comporta un compromesso tra potenza in uscita, velocità e efficienza / usura.

Le macchine DC sono definite come segue:

Circuito dell’indotto – Un avvolgimento in cui viene trasportata la corrente di carico, tale che può essere sia parte fissa o rotante del motore o del generatore.
Circuito di campo – Un insieme di avvolgimenti che produce un campo magnetico in modo che l’induzione elettromagnetica possa avvenire nelle macchine elettriche.
Commutazione: una tecnica meccanica in cui è possibile ottenere la rettificazione o da cui è possibile derivare la DC, nelle macchine DC.

Esistono cinque tipi di motore DC spazzolato: –

Motore a corrente continua a corrente continua
Motore a corrente continua serie DC
Motore composto DC (due configurazioni):
Composto cumulativo
Composto differenzialmente
Motore DC PM (non mostrato)
Separatamente eccitato (non mostrato).

Motore DC a magnete permanente
Un motore PM (magnete permanente) non ha un avvolgimento di campo sul telaio dello statore, ma fa affidamento su PM per fornire il campo magnetico contro il quale il campo del rotore interagisce per produrre coppia. Gli avvolgimenti compensatori in serie con l’armatura possono essere utilizzati su motori di grandi dimensioni per migliorare la commutazione sotto carico. Poiché questo campo è fisso, non può essere regolato per il controllo della velocità. I campi PM (statori) sono convenienti nei motori miniaturizzati per eliminare il consumo di energia dell’avvolgimento di campo. I motori CC più grandi sono del tipo “a dinamo”, che hanno avvolgimenti statorici. Storicamente, i PM non potevano essere fatti per mantenere un alto flusso se fossero stati smontati; gli avvolgimenti di campo erano più pratici per ottenere la quantità di flusso necessaria. Tuttavia, i grandi PM sono costosi, oltre che pericolosi e difficili da assemblare; questo favorisce i campi di ferita per macchine di grandi dimensioni.

Per ridurre al minimo il peso e le dimensioni complessive, i motori PM miniaturizzati possono utilizzare magneti ad alta energia realizzati con neodimio o altri elementi strategici; la maggior parte di questi è la lega al neodimio ferro-boro. Con la loro maggiore densità di flusso, le macchine elettriche con PM ad alta energia sono almeno competitive con tutte le macchine elettriche sincrone e ad induzione monofilo progettate in modo ottimale. I motori miniaturizzati assomigliano alla struttura nell’illustrazione, tranne che hanno almeno tre poli del rotore (per garantire l’avviamento, indipendentemente dalla posizione del rotore) e il loro alloggiamento esterno è un tubo di acciaio che collega magneticamente gli esterni dei magneti di campo curvi.

Motore elettronico commutatore (EC)

Motore DC senza spazzole
Alcuni dei problemi del motore a cc spazzolato sono eliminati nel progetto BLDC. In questo motore, il “commutatore rotante” meccanico o il commutatore sono sostituiti da un interruttore elettronico esterno sincronizzato alla posizione del rotore. I motori BLDC sono generalmente efficienti almeno dall’85% al ​​90%. L’efficienza per un motore BLDC fino al 96,5% è stata segnalata, mentre i motori a corrente continua con brushgear sono in genere efficienti dal 75% all’80%.

La caratteristica forma d’onda trapezoidale controelettromotrice (CEMF) del motore BLDC è derivata in parte dagli avvolgimenti statorici distribuiti uniformemente e in parte dal posizionamento dei magneti permanenti del rotore. Conosciuto anche come motori DC a commutazione elettronica o motori DC a combustione interna, gli avvolgimenti statorici dei motori BLDC trapezoidali possono essere monofase, bifase o trifase e utilizzare sensori ad effetto Hall montati sui loro avvolgimenti per rilevare la posizione del rotore e chiudere a basso costo -controllo del commutatore elettronico.

I motori BLDC sono comunemente utilizzati laddove è necessario un controllo preciso della velocità, come nelle unità disco dei computer o nei videoregistratori, i mandrini all’interno di unità CD, CD-ROM (ecc.) E meccanismi all’interno di prodotti per ufficio, come ventole, stampanti laser e fotocopiatrici. Hanno diversi vantaggi rispetto ai motori convenzionali:

Rispetto ai ventilatori AC che utilizzano motori a poli schermati, sono molto efficienti, con un funzionamento molto più freddo rispetto ai motori AC equivalenti. Questa operazione fredda porta a una durata notevolmente migliorata dei cuscinetti della ventola.
Senza un commutatore che si usura, la durata di un motore BLDC può essere notevolmente più lunga rispetto a un motore CC che utilizza spazzole e un commutatore. Anche la commutazione tende a causare una grande quantità di rumore elettrico e RF; senza un commutatore o spazzole, un motore BLDC può essere utilizzato in dispositivi elettricamente sensibili come apparecchiature audio o computer.
Gli stessi sensori ad effetto Hall che forniscono la commutazione possono anche fornire un segnale tachimetrico conveniente per applicazioni di controllo ad anello chiuso (servocontrollate). Nei ventilatori, il segnale del tachimetro può essere utilizzato per derivare un segnale “fan OK” e fornire un feedback sulla velocità di marcia.
Il motore può essere facilmente sincronizzato con un clock interno o esterno, portando a un controllo preciso della velocità.
I motori BLDC non hanno possibilità di scintille, a differenza dei motori spazzolati, rendendoli più adatti agli ambienti con sostanze chimiche e carburanti volatili. Inoltre, la scintilla genera ozono, che può accumularsi in edifici scarsamente ventilati rischiando di nuocere alla salute degli occupanti.
I motori BLDC sono solitamente utilizzati in piccole apparecchiature come i computer e sono generalmente utilizzati nelle ventole per eliminare il calore indesiderato.
Sono anche motori acusticamente molto silenziosi, il che è un vantaggio se utilizzati in apparecchiature soggette a vibrazioni.
I moderni motori BLDC hanno potenza da una frazione di watt a molti kilowatt. I motori BLDC più grandi fino a circa 100 kW sono utilizzati nei veicoli elettrici. Trovano anche un uso significativo in aeromodelli elettrici ad alte prestazioni.

Motore a riluttanza commutata
L’SRM non ha spazzole o magneti permanenti e il rotore non ha correnti elettriche. Invece, la coppia proviene da un leggero disallineamento dei poli sul rotore con i poli sullo statore. Il rotore si allinea con il campo magnetico dello statore, mentre gli avvolgimenti di campo dello statore sono eccitati sequenzialmente per ruotare il campo dello statore.

Il flusso magnetico creato dagli avvolgimenti di campo segue il percorso di minima riluttanza magnetica, il che significa che il flusso fluirà attraverso i poli del rotore più vicini ai poli energizzati dello statore, magnetizzando così quei poli del rotore e creando coppia. Mentre il rotore gira, diversi avvolgimenti saranno eccitati, mantenendo il rotore in rotazione.

Gli SRM sono utilizzati in alcuni elettrodomestici e veicoli.

Motore universale AC / DC
Una serie commutata elettricamente eccitata o un motore a carica parallela viene indicata come motore universale perché può essere progettata per funzionare con alimentazione CA o CC. Un motore universale può funzionare bene su CA perché la corrente in entrambi i campi e le bobine dell’armatura (e quindi i campi magnetici risultanti) si alternano (inversione di polarità) in sincronismo, e quindi la forza meccanica risultante si verificherà in una direzione di rotazione costante .

Operando alle normali frequenze della linea di alimentazione, i motori universali si trovano spesso in un intervallo inferiore a 1000 watt. I motori universali costituivano anche la base del tradizionale motore di trazione ferroviario nelle ferrovie elettriche. In questa applicazione, l’uso di corrente alternata per alimentare un motore originariamente progettato per funzionare su CC porterebbe a perdite di efficienza dovute al riscaldamento a correnti parassite dei loro componenti magnetici, in particolare i poli polari del campo che, per DC, avrebbero usato il solido ( ferro non laminato) e ora sono usati raramente.

Un vantaggio del motore universale è che le alimentazioni CA possono essere utilizzate su motori che hanno alcune caratteristiche più comuni nei motori a corrente continua, in particolare una coppia di avviamento elevata e un design molto compatto se si utilizzano elevate velocità di marcia. L’aspetto negativo sono i problemi di manutenzione e di breve durata causati dal commutatore. Tali motori sono utilizzati in dispositivi, come robot da cucina e utensili elettrici, che vengono utilizzati solo in modo intermittente e spesso hanno elevate esigenze di coppia iniziale. Tocchi multipli sulla bobina di campo forniscono un controllo della velocità a gradini (impreciso). I miscelatori domestici che pubblicizzano molte velocità spesso combinano una bobina di campo con diversi rubinetti e un diodo che può essere inserito in serie con il motore (facendo sì che il motore funzioni su un AC rettificato a semionda). I motori universali si prestano anche al controllo elettronico della velocità e, come tali, sono la scelta ideale per dispositivi come lavatrici domestiche. Il motore può essere utilizzato per agitare il tamburo (sia in avanti che in retromarcia) commutando l’avvolgimento di campo rispetto all’armatura.

Mentre gli SCIM non possono girare un albero più velocemente di quanto consentito dalla frequenza della linea di alimentazione, i motori universali possono funzionare a velocità molto più elevate. Questo li rende utili per apparecchi come frullatori, aspirapolvere e asciugacapelli dove sono desiderabili l’alta velocità e il peso leggero. Sono anche comunemente usati in utensili elettrici portatili, come trapani, levigatrici, seghe circolari e seghe a motore, in cui le caratteristiche del motore funzionano bene. Molti aspirapolvere e motori per diserbo superano i 10.000 giri / min, mentre molti simili smerigliatrici in miniatura superano i 30.000 giri / min.

Macchina AC commutata esternamente
La progettazione di motori sincroni e a induzione CA è ottimizzata per il funzionamento su potenza di forma d’onda sinusoidale o quasi sinusoidale monofase o polifase, come fornita per applicazioni a velocità fissa dalla rete elettrica CA o per applicazioni a velocità variabile da controllori VFD. Un motore CA ha due parti: uno statore stazionario con bobine fornite con CA per produrre un campo magnetico rotante e un rotore collegato all’albero di uscita che riceve una coppia dal campo rotante.

Motore a induzione
Motore a induzione rotore a gabbia ea ferita
Un motore a induzione è un motore asincrono a corrente alternata in cui l’energia viene trasferita al rotore dall’induzione elettromagnetica, proprio come l’azione del trasformatore. Un motore a induzione assomiglia a un trasformatore rotante, perché lo statore (parte stazionaria) è essenzialmente il lato primario del trasformatore e il rotore (parte rotante) è il lato secondario. I motori a induzione polifase sono ampiamente utilizzati nell’industria.

I motori a induzione possono essere ulteriormente suddivisi in motori a induzione a gabbia di scoiattolo e motori a induzione con rotore a spirale (WRIM). Le SCIM hanno un avvolgimento pesante costituito da barre piene, solitamente in alluminio o rame, unite da anelli alle estremità del rotore. Quando si considerano solo le barre e gli anelli nel loro complesso, sono molto simili a una gabbia da palestra rotante di un animale, da cui il nome.

Le correnti indotte in questo avvolgimento forniscono il campo magnetico del rotore. La forma delle barre del rotore determina le caratteristiche della coppia di velocità. A basse velocità, la corrente indotta nella gabbia di scoiattolo è quasi alla frequenza di linea e tende ad essere nelle parti esterne della gabbia del rotore. Quando il motore accelera, la frequenza di scivolamento diventa più bassa e più corrente si trova all’interno dell’avvolgimento. Modellando le barre per modificare la resistenza delle porzioni di avvolgimento nelle parti interne ed esterne della gabbia, nel circuito del rotore viene inserita una resistenza variabile. Tuttavia, la maggior parte di questi motori ha barre uniformi.

In un WRIM, l’avvolgimento del rotore è costituito da molti giri di filo isolato ed è collegato a anelli di scorrimento sull’albero del motore. Un resistore esterno o altri dispositivi di controllo possono essere collegati nel circuito del rotore. I resistori consentono il controllo della velocità del motore, anche se una potenza significativa viene dissipata nella resistenza esterna. Un convertitore può essere alimentato dal circuito del rotore e restituire la potenza della frequenza di scorrimento che altrimenti verrebbe sprecata nel sistema di alimentazione attraverso un inverter o un motore-generatore separato.

Il WRIM viene utilizzato principalmente per avviare un carico di inerzia elevato o un carico che richiede una coppia di avviamento molto elevata nell’intero intervallo di velocità. Selezionando correttamente i resistori utilizzati nella resistenza secondaria o nel dispositivo di avviamento ad anello scorrevole, il motore è in grado di produrre una coppia massima a una corrente di alimentazione relativamente bassa, dalla velocità zero alla massima velocità. Questo tipo di motore offre anche velocità controllabile.

La velocità del motore può essere modificata poiché la curva di coppia del motore viene effettivamente modificata dalla quantità di resistenza collegata al circuito del rotore. Aumentando il valore della resistenza si sposta la velocità della coppia massima verso il basso. Se la resistenza collegata al rotore viene aumentata oltre il punto in cui si verifica la coppia massima a velocità zero, la coppia verrà ulteriormente ridotta.

Quando viene utilizzato con un carico con una curva di coppia che aumenta con la velocità, il motore funzionerà alla velocità in cui la coppia sviluppata dal motore è uguale alla coppia di carico. La riduzione del carico farà accelerare il motore e l’aumento del carico farà rallentare il motore fino a quando il carico e la coppia del motore non saranno uguali. Operati in questo modo, le perdite di scorrimento vengono dissipate nei resistori secondari e possono essere molto significative. Anche la regolazione della velocità e l’efficienza della rete sono molto scarse.

Motore di coppia
Un motore di coppia è una forma specializzata di motore elettrico che può funzionare indefinitamente mentre è in stallo, cioè con il rotore bloccato dalla rotazione, senza incorrere in danni. In questa modalità di funzionamento, il motore applica una coppia costante al carico (da cui il nome).

Un’applicazione comune di un motore di coppia sarebbe costituita dai motori delle bobine di alimentazione e di avvolgimento in un’unità a nastro. In questa applicazione, guidata da una bassa tensione, le caratteristiche di questi motori consentono di applicare una tensione di luce relativamente costante al nastro, indipendentemente dal fatto che il capstan stia alimentando o meno il nastro oltre le testine del nastro. Guidati da una tensione più elevata (e quindi offrendo una coppia più elevata), i motori di coppia possono anche ottenere il funzionamento in avanti e indietro senza richiedere alcuna meccanica aggiuntiva come ingranaggi o frizioni. Nel mondo dei giochi per computer, i motori torque vengono utilizzati in ruote sterzanti con retroazione di forza.

Un’altra applicazione comune è il controllo dell’acceleratore di un motore a combustione interna in combinazione con un regolatore elettronico. In questo utilizzo, il motore lavora contro una molla di richiamo per muovere l’acceleratore in base all’uscita del regolatore. Quest’ultimo monitora la velocità del motore contando gli impulsi elettrici dal sistema di accensione o da un pickup magnetico e, a seconda della velocità, effettua piccole regolazioni della quantità di corrente applicata al motore. Se il motore inizia a rallentare rispetto alla velocità desiderata, la corrente aumenterà, il motore svilupperà più coppia, tirando contro la molla di richiamo e aprendo l’acceleratore. Se il motore funziona troppo velocemente, il regolatore riduce la corrente applicata al motore, provocando il riavvolgimento della molla di ritorno e la chiusura dell’acceleratore.

Motore sincrono
Un motore elettrico sincrono è un motore a corrente alternata caratterizzato da una rotazione del rotore con bobine che passano magneti alla stessa velocità della corrente alternata e che determinano un campo magnetico che la guida. Un altro modo per dire questo è che ha zero slittamento in condizioni operative usuali. Contrastare questo con un motore a induzione, che deve scivolare per produrre coppia. Un tipo di motore sincrono è come un motore a induzione ad eccezione del fatto che il rotore è eccitato da un campo CC. Gli anelli scorrevoli e le spazzole sono utilizzati per condurre corrente al rotore. I poli del rotore si connettono tra loro e si muovono alla stessa velocità da cui il nome motore sincrono. Un altro tipo, per una coppia a basso carico, ha una massa piana su un rotore a gabbia di scoiattolo convenzionale per creare poli discreti. Un altro ancora, come quello realizzato da Hammond per i suoi orologi pre-seconda guerra mondiale, e nei vecchi organi Hammond, non ha avvolgimenti del rotore e pali discreti. Non è auto-partenza. L’orologio richiede l’avviamento manuale con una piccola manopola sul retro, mentre i vecchi organi Hammond avevano un motore di avviamento ausiliario collegato tramite un interruttore a molla azionato manualmente.

Infine, i motori sincroni a isteresi sono tipicamente (essenzialmente) motori bifase con un condensatore sfasatore per una fase. Iniziano come motori a induzione, ma quando la velocità di scorrimento diminuisce a sufficienza, il rotore (un cilindro liscio) diventa temporaneamente magnetizzato. I suoi poli distribuiti lo fanno agire come un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM). Il materiale del rotore, come quello di un comune chiodo, rimane magnetizzato, ma può anche essere smagnetizzato con poca difficoltà. Una volta in funzione, i poli del rotore restano in posizione; non vanno alla deriva.

I motori di temporizzazione sincroni a bassa potenza (come quelli per gli orologi elettrici tradizionali) possono avere rotori a coppa esterna con magneti permanenti multipolari, e utilizzare bobine ombreggianti per fornire una coppia iniziale. I motori dell’orologio Telechron hanno pali sfumati per la coppia di spunto e un rotore a due razze che si comporta come un discreto rotore bipolare.

Macchina elettrica doppiamente alimentata
Motori elettrici doppiamente alimentati hanno due gruppi di avvolgimento multifase indipendenti, che contribuiscono alla potenza attiva (cioè operativa) del processo di conversione dell’energia, con almeno uno degli insiemi di avvolgimento controllati elettronicamente per funzionamento a velocità variabile. Due set di avvolgimento multifase indipendenti (cioè doppia armatura) sono il massimo fornito in un unico pacchetto senza duplicazione topologica. I motori elettrici alimentati a doppia alimentazione sono macchine con un intervallo di velocità di coppia costante efficace che è il doppio della velocità sincrona per una data frequenza di eccitazione. Questo è il doppio della gamma di velocità di coppia costante delle macchine elettriche alimentate singolarmente, che hanno solo un set di avvolgimento attivo.

Un motore alimentato doppiamente consente un convertitore elettronico più piccolo, ma il costo dell’avvolgimento del rotore e degli anelli di contatto potrebbe compensare il risparmio nei componenti elettronici di potenza. Difficoltà nel controllo della velocità in prossimità di applicazioni con limite di velocità sincrono.