motori superconduttivi 2
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Applicazioni della Superconduttività
MOTORI HTS
Corso di Laurea in Scienza dei Materiali
Cristian Pira
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Motore Universale(o con statore con filo avvolto)
statoreCircuito di eccitazione (o di statore)
rotoreCircuito di armatura(o di rotore)
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
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Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Classificazione motori elettrici
Motori DC
• Motore a spazzole
• Motore universale
• Motore brushless
• Motore passo passo
Motori AC
• Motore Monofase
• Motore Trifase
• Sincrono
• Asincrono
• Motore universale
• Motore brushless
Storia
1885 – Galileo Ferraris dimostra come produrreun campo magnetico rotante
1888 – Tesla brevetta il primo motore asincrono
1889 – George Westinghouse acquista i brevettie fonda la Westinghouse Electric Corporation
Campi magnetici rotanti
H
La circolazione nel solenoide di una corrente alternata sinusoidale
produrrà lo sviluppo lungo il suo asse x di un campo sinusoidale
Campi magnetici rotanti
h(t)
La circolazione nel solenoide di una corrente alternata sinusoidale
produrrà lo sviluppo lungo il suo asse x di un campo sinusoidale
Campi magnetici rotanti
La circolazione nel solenoide di una corrente alternata sinusoidale
produrrà lo sviluppo lungo il suo asse x di un campo sinusoidale
h(t)
Campi magnetici rotanti
La circolazione nel solenoide di una corrente alternata sinusoidale
produrrà lo sviluppo lungo il suo asse x di un campo sinusoidale
Si dimostra che:
h(t)
Campi magnetici rotanti
RICAPITOLANDO:
campo magnetico espresso come due vettori H/2 rotanti in verso opposto
SI DEDUCE CHE:
posso sovrapporre due o più campi sinusoidali
IN QUESTO MODO:
annullo una componente e ottengo un campo rotante di intensità costante
Principio di funzionamento
n1 = velocità campo magnetico rotante (velocità di sincronismo)n2 = velocità rotoreI2 = corrente indottaB = campo magneticoFe = forza elettromagnetica
f = frequenza di alimentazionep = numero di coppie polaris = velocità di scorrimento
n1= f 60 / p (giri/minuto)
s = (n1 – n2) / n1
Principio di funzionamento
v rotazione dell'albero < v rotazione del campo magnetico:
non c'è sincronismo tra le due velocità
Pro - Contro
Peso e ingombro ridotti(a parità di potenza)
Autoavviante(sviluppa spontaneamente e automaticamente la coppia motrice necessaria variando la propria velocità)
Elevata corrente di spunto(4-10 volte maggiore della corrente assorbita a pieno carico)
Coppia e velocità non regolabili(necessità di elettronica di potenza)
Avviamento Motore Sincrono
• Avviamento del sincrono come asincrono
• Avviamento mediante l’eccitatrice
• Avviamento mediante motore di lancio
Pro - Contro
Velocità di rotazione precisa e stabile(variabile con inverter)
Non autoavviante(necessità di un sistema di avviamento)
Coppia e velocità non regolabili(necessità di elettronica di potenza)
Un po’ di numeri
- received (with partner Reliance Electric) $10.2 million in Department of Energy Strategic Partnership Initiative awards in 1996 for cost-shared development of high-horsepower, commercial-scale motors;
- received a $10-million investment from Électricité de France, the French power company, in April 1997; and
- raised $27 million via a second public stock offering in February 1994.
• 2003 consegnata alla U.S. Navy il motore 5 MWadatto a navi offshore o propulsione ibrida
• 2004 definito il progetto del motore a 27 MW
• 2007 consegnata alla U.S. Navy il motore 27 MWadatto a navi da crociera e militari
Coppia Motore
T= coppia del motoreKt = costante empiricaBm = campo Magneticoip = densità di correnteD = diametro del motore
Kt è maggiore del 15% nei motori radiali rispetto ai motori assiali
Vantaggi Motore Assiale
1. Raffreddamento semplificato
2. Bobine superconduttive fisse
3. Sistema Brushless
4. Elevata affidabilità
Statore HTS
• Il circuito di armatura è composta da 6 bobine HTS con core in Ferro
• 3 Fasi
• I cavi sono costituiti di DI-BSCCO ((Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O8+x)
Tc= 110 K Ic = 170-200 A (77K)
• Lo statore è raffreddato in azoto liquido
EDS (Sospensione ElettroDinamica)
• Levitazione indotta da una forza repulsiva il campo magnetico prodotto dagli elettromagneti e il campo indotto sulle bobine ai lati della rotaia
• A basse velocità il campo indotto non è sufficiente a produrre la levitazione del treno
Sistema di propulsione e guida per EDS
• Motore a propulsione lineare sincrono come per i Maglev EMS
• Sistema elettronico di guida per stabilizzare la posizione del treno
Performance
La società afferma che le auto HTS percorrono il
10% di strada in più rispetto ad un’auto elettrica