Motori a corrente continua in dettaglio: Tutto ciò che devi sapere come costruttore di macchine!

Dalle basi alla tecnologia avanzata: il mondo dei motori DC per applicazioni industriali.

Quali sono i componenti fondamentali di un motore a corrente continua e quale è la loro funzione?

Un motore a corrente continua è composto principalmente da statore (crea il campo magnetico), dal rotore/ancora (porta avvolgimenti attraversati da corrente) e dal commutatore. Il commutatore è fondamentale, poiché inverte periodicamente la direzione della corrente nel rotore, permettendo così un movimento rotatorio continuo . Le spazzole in carbone trasferiscono la corrente al commutatore.

Come viene regolata la velocità di un motore a corrente continua per applicazioni industriali?

La regolazione della velocità avviene solitamente tramite l’adattamento della tensione dell’ancora (intervallo di regolazione dell’ancora) per un’ampia gamma o influenzando il campo di eccitazione (intervallo di indebolimento del campo), il che consente velocità più elevate con coppie ridotte. Per applicazioni di precisione, come quelle realizzate frequentemente da ATEK Drive Solutions, vengono spesso utilizzati regolatori PI per raggiungere, ad esempio, una precisione di ±0,1%.

Quali vantaggi offrono i motori a corrente continua senza spazzole (BLDC) rispetto ai motori DC convenzionali?

I motori BLDC utilizzano una commutazione elettronica, eliminando così l’usura meccanica delle spazzole. Questo porta a una maggiore durata, minori esigenze di manutenzione, alla possibilità di velocità superiori e a una maggiore efficienza, spesso oltre il 90%. ATEK utilizza questa tecnologia nei motori servo moderni.

Cosa si intende per frenata rigenerativa nei motori a corrente continua e quali vantaggi offre?

La frenata rigenerativa significa che il motore a corrente continua funziona come generatore durante la decelerazione e restituisce energia alla rete. Questo è particolarmente vantaggioso in applicazioni con cicli di frenata frequenti, come nei camion, e può permettere risparmi energetici fino al 15% e ridurre i costi operativi.

Quali criteri sono decisivi nella scelta di un motore a corrente continua per un’applicazione industriale specifica?

I principali criteri di selezione sono il coppia nominale (es. 5 Nm), la velocità nominale (es. 3000 RPM), la tensione nominale (es. 24V DC), il ciclo di carico e le condizioni ambientali, inclusa la necessaria classe di protezione IP. Una definizione accurata di questi requisiti è essenziale per una soluzione di azionamento ottimale, come quella offerta da ATEK.

Che cos’è la reazione dell’ancora nei motori a corrente continua e come ci si confronta con essa?

La reazione dell’ancora è una distorsione del campo magnetico principale causata dal campo magnetico della corrente dell’ancora, il che può portare a problemi di commutazione e perdita di coppia . I moderni azionamenti a corrente continua, come quelli sviluppati da ATEK Drive Solutions, utilizzano poli inversi o avvolgimenti di compensazione, per neutralizzare questo effetto e migliorare l’efficienza del motore fino al 5%.

Quando è un motore a corrente continua in serie la scelta giusta per la mia applicazione?

Un motore a corrente continua in serie è ideale quando è necessario un elevato momento di avviamento , ad esempio per avviatori, gru o applicazioni di trazione. La sua coppia può raggiungere da il doppio al triplo del momento nominale . Tuttavia, la sua velocità è fortemente dipendente dal carico.

Può ATEK Drive Solutions offrire anche soluzioni di motori a corrente continua su misura?

Sì, ATEK Drive Solutions è specializzata nello sviluppo di soluzioni di azionamento su misura. Grazie al nostro sistema modulare e alla nostra esperienza nella costruzione di ingranaggi e nella produzione di motori servo, possiamo personalizzare i motori a corrente continua in base alle vostre esigenze specifiche , anche per applicazioni complesse e ingranaggi speciali.

I motori a corrente continua sono azionamenti versatili che convertono efficientemente l’energia elettrica in movimento meccanico; la corretta selezione del tipo di motore e un controllo preciso sono fondamentali per ottimizzare i processi industriali e possono aumentare notevolmente l’ efficienza del sistema.

. I moderni motori a corrente continua senza spazzole (BLDC) offrono vantaggi significativi come una maggiore durata, minori costi di manutenzione e una efficienza spesso superiore al 90%, il che li rende ideali per applicazioni impegnative nell’automazione e nella mobilità elettrica.

Strategie di controllo ben ponderate, come la limitazione della corrente di avviamento e la frenata rigenerativa, non solo migliorano le prestazioni, ma possono anche permettere risparmi energetici fino al 15% aumentare la durata di vita dell’intero sistema di azionamento.Scoprite le molteplici possibilità di utilizzo, funzionamento e le ultime novità sui motori a corrente continua. Una guida completa per ingegneri e decisori.

I motori a corrente continua sono un elemento fondamentale nella moderna tecnologia di azionamento. Che si tratti di robot, macchine utensili o impianti di movimentazione, la loro versatilità è impressionante. Avete bisogno di una soluzione personalizzata? Contattateci!

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Introduzione ai motori a corrente continua

Questo articolo tratta I motori a corrente continua – le loro basi, applicazioni hi-tech e la selezione e ottimizzazione degli azionamenti adatti per le macchine.

Comprendere le basi e l’importanza

Der del motore a corrente continua (noto anche come motore DC), una delle forme più antiche di motore elettrico, gioca un ruolo centrale nell’industria. La sua capacità di convertire l’energia elettrica in movimento meccanico preciso in modo efficiente è di grande importanza per numerose applicazioni. La ATEK Drive Solutions GmbH utilizza tali azionamenti DC, ad esempio, in soluzioni di motori a ingranaggio per garantire un’accurata posizione nell’industria del confezionamento.

Il principio fondamentale: Conversione dell’energia

I motori DC funzionano sulla base della forza di Lorentz: un conduttore attraversato da corrente, che si trova in un campo magnetico, subisce una forza. Questa forza genera una coppia che mette in movimento il rotore. Ciò consente sistemi di azionamento affidabili, come quelli necessari, ad esempio, per i nastri trasportatori con una velocità costante di 0,5 m/s. Il semplice principio di funzionamento di questi motori consente costruzioni robuste e versatili.

Varietà per esigenze industriali

La gamma di I motori a corrente continua motori spazia da piccoli motori per dispositivi medici fino ad azionamenti potenti per l’industria pesante. I requisiti specifici di un’applicazione, come un elevato momento di avviamento o una velocità costante con carico variabile, determinano la scelta del tipo di motore più adatto. Una corretta selezione del motore elettrico ottimizza l’intera soluzione di azionamento, come mostrano le nostre esperienze con motori elettrici personalizzati .Funzionamento e struttura dei motori a corrente continua

I componenti centrali in sintesi

Ein del motore a corrente continua consistono essenzialmente in uno statore, che genera il campo magnetico, e in un rotore, chiamato anche ancore, che porta gli avvolgimenti. Il commutatore, noto anche come invertitore, è un componente decisivo per la rotazione continua, poiché inverte periodicamente la corrente dell’ancora. Il materiale delle spazzole in carbone (ad es. una miscela di grafite e rame) ha un impatto significativo sulla durata del motore, specialmente in applicazioni con oltre 10.000 cicli di commutazione al giorno.

• Componenti principali: Lo statore genera il campo magnetico stazionario, mentre il rotore (ancora) contiene gli avvolgimenti attraversati da corrente.
• Commutatore (invertitore): Questo elemento chiave consente il movimento rotatorio continuo, invertendo miratamente la direzione della corrente nel rotore.
• Spazzole di carbone: Stabiliscono il contatto elettrico con il commutatore e trasferiscono la corrente; la scelta del loro materiale (ad es. leghe di grafite e rame) è fondamentale per la durabilità dell’azionamento DC.
• Coppia rotante continua: Questa è generata dalla precisa inversione della corrente nel rotore controllata dal commutatore.
• Reazione dell’ancora: Una tipica sfida in cui il campo magnetico generato dalla corrente dell’ancora distorce il campo principale dello statore, influenzando così le prestazioni del motore. I motori a corrente continua, bei der das vom Ankerstrom erzeugte Magnetfeld das Hauptfeld des Stators verzerrt und so die Motorleistung beeinträchtigen kann.
• Soluzioni: Le moderne costruzioni utilizzano poli inversi o avvolgimenti di compensazione per neutralizzare la reazione dell’ancora e migliorare l’efficienza del motore.

Il commutatore: Direttore del movimento rotatorio

Quando il rotore raggiunge un cosiddetto punto morto, il commutatore, con l’ausilio delle spazzole, inverte la direzione della corrente negli avvolgimenti dell’ancora. Questo processo genera una coppia rotante continua. Superfici di commutatore particolarmente precise sono importanti per ridurre l’usura delle spazzole e la formazione di scintille – un aspetto particolarmente rilevante per motori servo a bassa tensione .

Sfida della reazione dell’ancora e la sua soluzione

La cosiddetta reazione dell’ancora, cioè il campo magnetico generato dalla corrente dell’ancora, può distorcere il campo principale dello statore. Questo può portare a problemi di commutazione e a una perdita di coppia. I moderni azionamenti a corrente continua utilizzano quindi spesso poli inversi o avvolgimenti di compensazione speciali per neutralizzare questo effetto, il che può migliorare l’efficienza fino al 5%.Tipi di motori a corrente continua

Motori a corrente continua con magneti permanenti (PMDC)

Motori a corrente continua con magneti permanentiI motori a corrente continua (PMDC), in cui i magneti permanenti nello statore generano il campo, si caratterizzano per una costruzione semplice e un’efficienza economica. Sono ideali per applicazioni di piccola dimensione come pompe o ventilatori (ad esempio per un flusso d’aria di 2 m³/min). Tra i loro vantaggi ci sono una buona densità di potenza e un controllo semplice.

• Motori a corrente continua con magneti permanenti (PMDC): Questi motori sono noti per la loro costruzione semplice, economicità e vantaggi in termini di densità di potenza.
• Motori a corrente continua in parallelo (motori in shunt): Garantiscono una velocità relativamente costante anche con carico variabile e sono quindi adatti per macchine utensili.
• Motori a corrente continua in serie (motori in serie): Caratteristici di questo tipo è un alto momento di avviamento, il che li rende adatti per applicazioni come gli avviatori di veicoli.
• Motori a corrente continua senza spazzole (BLDC): La commutazione elettronica evita l’usura delle spazzole, il che porta a una maggiore durata e un’efficienza superiore di questi motori DC.
• Motori a campana: Questi motori speciali hanno un rotore senza ferro, che consente una bassa inerzia e alta dinamica, motivo per cui vengono spesso utilizzati nella tecnologia medica.
• Motori a doppio circuito (motori compound): Uniscono le caratteristiche dei motori in serie e in parallelo e sono utilizzati per profili di richiesta speciali, come nei montacarichi.

Motori in parallelo e in serie

I motori shunt, noti anche come motori a collegamento in parallelo, offrono il vantaggio di una velocità costante anche con variazioni di carico, rendendoli interessanti per le macchine utensili. Al contrario, i motori in serie (motori a collegamento in serie) forniscono un momento di avviamento particolarmente elevato, ad esempio fino a 20 Nm nei motorini di avviamento per veicoli. Il tipo di avvolgimento del campo determina in modo decisivo le caratteristiche del rispettivo azionamento in corrente continua.

Motori a corrente continua senza spazzole (BLDC)

Senza spazzole I motori a corrente continua (motori BLDC) utilizzano una commutazione elettronica e così facendo evitano l’usura meccanica delle spazzole. Questo consente una maggiore durata e velocità più elevate. Sono eccellenti per regolazioni esigenti Regolazioni dei motori a corrente continua nell’automazione. I driv i BLDC offrono spesso un’efficienza superiore al 90%.

Specialisti: motori a ancore a campana e motori a doppio collegamento

I motori a ancore a campana, dotati di un rotore privo di ferro, si caratterizzano per una minima inerzia e consentono movimenti altamente dinamici, come richiesto nella tecnologia medica. I motori compound, noti anche come motori a doppio collegamento, combinano le vantaggiose caratteristiche dei motori in serie e parallelo, rendendoli ad esempio adatti per ascensori (partenza morbida mantenendo una velocità costante). La selezione di motori speciali adeguati può migliorare significativamente le prestazioni della rispettiva applicazione.Controllo e applicazione dei motori a corrente continua

Regolare con precisione la velocità

La regolazione della velocità di un motore a corrente continua avviene tipicamente attraverso l’adattamento della tensione dell’armatura (detto anche intervallo di controllo dell’armatura) o influenzando il campo di eccitazione (corrente di campo, che consente velocità più elevate a coppie ridotte). Per una regolazione di precisione, come richiesta ad esempio nelle macchine tessili per mantenere una velocità del filo di ±0,1%, si utilizzano spesso regolatori PI. Una strategia di controllo ben progettata aumenta notevolmente l’efficienza e la qualità del processo.

1. Regolazione precisa della velocità: Può essere realizzata attraverso la variazione della tensione dell’armatura o mediante l’influenza mirata del campo di eccitazione del motore a corrente continua.
2. Dominare la corrente di avviamento: L’uso di resistori di potenza o dispositivi di avviamento morbido è un metodo comune per limitare le alte correnti di avviamento da I motori a corrente continua.
3. Frenata rigenerativa: Molti I motori DC offrono la possibilità di restituire energia durante il processo di frenata, il che è particolarmente vantaggioso in caso di cicli di frenata frequenti.
4. Criteri di selezione importanti: Nella scelta di un motore elettrico devono essere considerati il momento, la velocità, il ciclo di carico previsto, le condizioni ambientali e il grado di protezione IP richiesto.
5. Definizione dei valori nominali: Una chiara specifica del momento nominale, della velocità nominale e della tensione nominale del motore è cruciale per la progettazione.
6. Incremento dell’efficienza: Strategie di controllo sofisticate e l’uso di metodi di frenata rigenerativa contribuiscono in modo significativo all’efficienza e alla qualità dell’intero processo.
7. Estensione della vita utile: Misure come la limitazione della corrente di avviamento proteggono la catena di trasmissione e possono prolungare la vita del motore.

Dominare la corrente di avviamento

All’avvio di I motori a corrente continua possono verificarsi correnti di avviamento elevate a causa della bassa resistenza dell’armatura, che possono raggiungere cinque o dieci volte il valore nominale. Per gestire ciò e proteggere i componenti, si utilizzano resistori di potenza o dispositivi di avviamento morbido che limitano la corrente. Una efficace limitazione della corrente di avviamento contribuisce a prolungare la vita dell’intera catena di trasmissione.

Riutilizzare energia con frenata rigenerativa

I motori a corrente continua offrono la possibilità di restituire energia nella rete durante la frenata (frenata utile). Questo è particolarmente vantaggioso in applicazioni con frequenti operazioni di frenata, come nei gru o nei veicoli elettrici, e può portare a risparmi energetici fino al 15%. La frenata rigenerativa non solo aumenta l’efficienza, ma riduce anche i costi operativi. ATEK offre ad esempio soluzioni per applicazioni UPS.

Considerare criteri di selezione importanti

Tra i criteri di selezione decisivi per un del motore a corrente continua ci sono il momento richiesto, la velocità, il ciclo di carico, le condizioni ambientali e il grado di protezione IP (ad es. IP54 per protezione contro polvere e spruzzi d’acqua). Importanti sono in particolare:

• Momento nominale (ad es. 5 Nm)
• Velocità nominale (ad es. 3000 giri/min)
• Tensione nominale (ad es. 24V DC)
• Temperatura di esercizio ammessa
• Spazio installabile disponibile

Una chiara definizione delle esigenze del motore ottimizza le sue prestazioni e aiuta a evitare investimenti errati.Vantaggi e svantaggi dei motori a corrente continua a confronto

I punti di forza del motore a corrente continua

I vantaggi di I motori a corrente continua includono la loro facile regolazione della velocità, un elevato momento di avviamento (soprattutto nei motori a collegamento in serie, che possono raggiungere due o tre volte il momento nominale) e un ampio intervallo di velocità utilizzabile. Sono spesso economici quando è sufficiente un controllo semplice, come ad esempio nei servomotori per mobili. La semplicità di attuazione è un chiaro vantaggio di questo tipo di motore.

Tenere d’occhio le sfide

Svantaggiosi per i motori a corrente continua convenzionali I motori DC sono l’usura del commutatore e delle spazzole, che richiedono una manutenzione regolare e portano a una vita utile più breve rispetto alle varianti senza spazzole (BLDC). Anche le interferenze elettromagnetiche (EMI) causate dalla formazione di scintille possono rappresentare una sfida. Sebbene materiali moderni per spazzole e progettazioni di motori mitigino questi effetti, rimangono le svantaggi intrinseci. Ein Motore a ingranaggi 12V con spazzole di qualità può ad esempio raggiungere una durata di circa 3000 ore di funzionamento.

Motori a corrente continua vs. motori a corrente alternata

I motori classici, con spazzole, I motori a corrente continua spesso hanno una struttura più complessa rispetto a molti motori a corrente alternata (motori AC), come ad esempio i motori asincroni, che sono considerati particolarmente robusti e a bassa manutenzione. I motori senza spazzole I motori a corrente continua (tipi BLDC) invece offrono spesso una migliore dinamica e un’efficienza superiore rispetto ai motori AC standard. La scelta tra un’azionamento a corrente continua e uno a corrente alternata dipende infine fortemente dai requisiti specifici dell’applicazione.Sviluppi futuri e tendenze nei motori a corrente continua

Efficienza e densità di potenza al centro

Una tendenza fondamentale nello sviluppo di I motori a corrente continua punta a un incremento continuo dell’efficienza e della densità di potenza. L’uso di nuovi materiali magnetici, come il neodimio-ferro-boro (NdFeB), che consentono una densità di coppia fino al 30% superiore rispetto ai tradizionali magneti in ferrite, così come design di avvolgimento ottimizzati e concetti di raffreddamento migliorati, portano a motori più compatti e allo stesso tempo più potenti. Questi progressi ampliano le potenzialità applicative per i motori a corrente continua e migliorano le prestazioni dei sistemi esistenti.

L’avanzata della tecnologia senza spazzole

Senza spazzole I motori a corrente continua (motori BLDC) sta guadagnando sempre più importanza. I loro vantaggi intrinseci, come una maggiore durata, minori esigenze di manutenzione, la possibilità di velocità più elevate e un’efficienza accresciuta, convincano in un numero crescente di campi applicativi – dalla mobilità elettrica all’automazione industriale esigente. ATEK utilizza la tecnologia BLDC ad esempio nei suoi ultimi servomotori . L’elettronica di controllo spesso già integrata semplifica inoltre l’integrazione di sistema di questi tipi di motore.

Controllo più intelligente e integrazione di sistema

I progressi nella tecnologia dei microcontrollori e dei sensori consentono controlli sempre più intelligenti per I motori a corrente continua. Ciò include algoritmi di regolazione più precisi, possibilità espanse per la diagnostica dei guasti e una più profonda integrazione nei concetti di Industria 4.0. In futuro, i motori potrebbero ad esempio segnalare autonomamente la necessità di manutenzione o adattare il comportamento operativo alle mutevoli condizioni di carico. Connettività e intelligenza integrata sono chiari trend futuri nell’ambito della tecnologia degli azionamenti a corrente continua.

I motori a corrente continua rimangono elementi di azionamento importanti in numerosi settori grazie alla loro versatilità e al continuo sviluppo. ATEK Drive Solutions è a disposizione per aiutarvi nella selezione e nell’implementazione di soluzioni di azionamento ottimali per le vostre esigenze specifiche.