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Il motore elettrico in corrente
continua (tratto da
wikipedia)
Il motore in corrente
continua (brevemente motore in CC) è stato il primo motore elettrico
realizzato, ed è tuttora utilizzato ampiamente per piccole e grandi
potenze, inoltre tale motore può funzionare da dinamo.
Sono a corrente continua (o comunque alimentabili in corrente continua)
numerosi motori di piccola potenza per usi domestici, come anche motori
per trazione ferroviaria e marina della potenza di molte centinaia di kW.
Motore a spazzole
Il classico motore in corrente continua ha una parte che gira detta
appunto rotore o anche armatura e una parte che genera un campo
magnetico fisso (nell'esempio i due magneti colorati) detta statore.
Un interruttore rotante detto commutatore o collettore a spazzole
inverte due volte ad ogni giro la direzione della corrente elettrica che
percorre i due avvolgimenti generando un campo magnetico che entra ed
esce dalle parti arrotondate dell'armatura.
Nascono forze di attrazione e repulsione con i magneti permanenti fissi
(indicati con N ed S nelle figure).
La velocità di rotazione dipende da:
- Tensione applicata.
- Corrente assorbita dal rotore.
- Carico applicato.
La coppia generata è proporzionale alla
corrente. Il controllo più semplice agisce sulla tensione di
alimentazione. Nei sistemi più complessi si usa un Controllo automatico
in retroazione che legge le variabili per generare la tensione da
applicare al motore. Il motore CC a magneti permanenti ha un
comportamento reversibile: diventa un generatore di corrente continua se
si collega un altro motore all'albero. Si può allora prelevare l'energia
elettrica prodotta collegandosi alle spazzole.
Il suo limite principale è nella necessità del commutatore a spazzole:
- Le spazzole sono in grafite, mentre
nei piccoli servomotori e nei tipi utilizzati nei lettori CD/DVD o
registratori a cassette sono in lega metallica bianca. La
differenza è nella frequenza della loro sostituzione, infatti nelle
macchine utensili come smerigliatrici o trapani, si utilizzano
spazzole in grafite, perché è molto semplice e veloce sostituirle,
le spazzole in metallo, sono usate su apparecchi dove risulta
scomodo o non conveniente cambiarle, come nei motori d'avviamento
dei mezzi di trasporto.
- Le spazzole pongono un limite alla
massima velocità di rotazione: maggiore è la velocità e più forte è
la pressione che bisogna esercitare su di esse per mantenere un buon
contatto, comunque i motori usati negli aspirapolvere e negli
elettroutensili portatili (trapani, mole, ect.) possono raggiungere
i 35000-45000 giri al minuto.
- Tra spazzole e collettore, nei
momenti di commutazione, si hanno transitori di apertura degli
avvolgimenti induttivi e quindi scintillio (attenuabile con
opportuni sistemi ma non eliminabile).
- Queste scintille comportano disturbi
elettrici sia irradiati nell'ambiente circostante che trasmessi al
generatore di tensione (che alimenta il motore); questi disturbi, in
determinati settori di impiego, possono causare problemi di
compatibilità elettromagnetica.
La presenza di avvolgimenti elettrici sul
rotore ha anche due aspetti negativi:
- Se il motore è di grossa potenza si
hanno dei problemi di smaltimento del calore (gli avvolgimenti si
riscaldano per effetto Joule e il campo magnetico alternato nel
nucleo del rotore genera altre perdite, causate da isteresi
magnetica e correnti parassite nel nucleo stesso, e quindi altro
calore.
- Gli avvolgimenti appesantiscono il
rotore (aumenta il momento d'inerzia): se il motore deve rispondere
con rapidità e precisione (come avviene nelle automazioni
industriali e nella robotica) il controllo diventa più complesso;
per piccole potenze (da 1 a 200W) e servocontrolli a volte si usano
particolari tipi di motori con rotore con avvolgimenti a forma di
bicchiere e privo del nucleo di ferro, detti "ironless": hanno bassa
inerzia e rendimento elettrico più elevato dei loro corrispondenti
con rotore avvolto su nucleo di ferro.
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