Motori elettrici: come funziona un motore a corrente continua

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La definizione di motori elettrici viene attribuita a quelle macchine che convertono l’energia elettrica, in energia meccanica.

Le macchine sono, appunto, dispositivi che hanno la capacità di convertire in forma di energia, un’altra fonte motrice. Le macchine elettriche, in maniera particolare, possono trasformare l’energia elettrica in meccanica, nonché generare la conversione contraria. Mentre, tutti i dispositivi che convertono l’energia meccanica, in energia elettrica, sono comunemente indicati come generatori.

Le parti principali dei motori elettrici

Un motore a corrente continua viene definito in questo modo, poiché per poter funzionare necessita di essere alimentato con corrente costante. Solitamente, questo tipo di motore è costituito da due parti essenziali, il rotore e lo statore. Vi possono, tuttavia, essere due tipi di statore, quello a magneti permanenti e lo statore alimentato. Entrambi vengono utilizzato per lo stesso scopo, vale a dire, generare un campo magnetico che sia costante. Nel primo caso, con statore a magneti permanenti, il valore del campo magnetico che viene creato, non può essere modificato, poiché sono due magneti permanenti a generarlo. Nel secondo caso, con statore alimentato, questo è in grado di generare campi magnetici con valori regolabili, variando la tensione ai capi del circuito.

Il circuito con statori ha bisogno di una tensione e corrente costante anch’esso, perché deve dar luogo ad un campo magnetico costante. Il circuito statorico deve essere avvolto su dei blocchi ferromagnetici per poter creare il campo magnetico. La differenza tra i due statori sta nel fatto che il primo presenta dei magneti, mentre il secondo ha nuclei ferromagnetici, dove sono poi avvolte le spire.

Lo statore è a sua volta formato da un blocco in acciaio, mentre, le estensioni polari, poiché influenzate dal flusso magnetico, sono fatte con lamierini in silicio. L’indotto, sottoposto anch’esso all’azione del flusso magnetico, è fatto con lamierini in silicio, fissati intorno ad un asse meccanico di rotazione, quest’ultimo in acciaio, che ruota su dei cuscinetti a sfere, in modo da ridurre al minimo l’attrito.

Il motore a corrente continua passo passo

La classica macchina con corrente continua presenta una parte ruotante, detta, appunto, rotore oppure armatura, e una parte che crea il campo magnetico fisso, definita statore. Vi è poi un interruttore rotante, indicato come commutatore o collettore a spazzole, che inverte due volte per ogni giro la direzione della corrente elettrica all’interno degli avvolgimenti, creando in questo modo un campo magnetico, in entrata e in uscita dalle estremità arrotondate del rotore. Vengono così a generarsi delle forze di attrazione e repulsione con i magneti permanenti.

Questo tipo di motori è solitamente indicato in dispositivi che richiedano la rotazione continua, il movimento continuo a 360°, una velocità elevata, o moto-riduttori e per tenere sotto controllo la velocità di rotazione. Per tale ragione, con un motore a corrente continua si possono attivare le ruote di un robot, oppure il funzionamento meccanico tramite trasmissione a cinghia o con ruote dentate, uno slider per una telecamera o le apparecchiature per avvolgere una tenda ad esempio.

Alla categoria dei motori a corrente continua appartengono, ad esempio, anche i motoriduttori oppure i dispositivi per attivare i tergicristalli delle automobili. Nei motori a corrente continua, il movimento dell’albero è connesso a degli ingranaggi che aumentano la forza di rotazione. Passiamo ora a vedere le caratteristiche dei motori a corrente continua passo-passo.

I motori passo passo non sempre sono semplici e facili da utilizzare o sostituire agli stessi motori in corrente continua. I motori passo-passo sono anche definiti stepper e sono dei motori elettrici in corrente continua, senza spazzole, in grado di frammentare o scansionare la propria rotazione in un elevato numero, appunto, di step o passi. In questi dispositivi, la posizione del motore può essere tenuta sotto controllo, senza il ricorso ad anelli chiusi. I motori a corrente continua passo passo sono molto impiegati in situazioni in cui vi sia la necessità di controllare attentamente la posizione dell’albero.

I motori passo passo sono utilizzati nei dispositivi della stampanti 3D, oppure nelle macchine a controllo numerico, ed ancora nella robotica o altri progetti simili in cui ci sia il bisogno di sapere quale sia la posizione meccanica del pezzo, senza dover utilizzare altri sensori, come invece accade nei motori a corrente continua. Nei motori passo passo si può sapere già, in relazione alle caratteristiche fornite dal costruttore, quale sia il numero di passi impiegato dal motore per compiere 360°. Ecco perché nei dispositivi per foto, in cui si stabilisce il numero di passi da eseguire prima di ogni scatto, è possibile lasciare che la macchina fotografica lavori, sapendo in qualunque momento quanti scatti siano stati fatti.

Il motore a corrente continua senza spazzole

 

Il motore a corrente continua senza spazzole, in inglese brushless, è un dispositivo elettrico a corrente continua, dotato di un rotore a magneti permanenti ed uno statore con campo magnetico rotante. Mentre, un motore dotato di spazzole ha bisogno dei contatti elettrici striscianti, appunto le spazzole, che sono posti sull’albero motore, al fine di funzionare, quello brushless no.

Nei motori senza spazzole, pertanto, la trasformazione della corrente circolante all’interno degli avvolgimenti dello statore, vale a dire la variazione della direzione del campo magnetico generato, avviene per via elettronica. In questo caso c’è bisogno di una minore resistenza meccanica, per escludere la possibilità che si vengano a formare delle scintille nel momento in cui la velocità di rotazione aumenta. In tal modo, si riduce anche la necessità di una manutenzione periodica.

Molto simile al motore senza spazzole è quello a corrente continua passo passo. Quest’ultimo si differenzia dal modello brushless poiché lo statore è alimentato solo in parte, poiché alimenta ciclicamente i differenti elettromagneti, al fine di creare una rotazione ed avere così una posizione esatta. Nel motore senza spazzole, il rotore non dispone di avvolgimento, mentre, possiede dei magneti permanenti, pertanto, il campo magnetico che gli avvolgimenti creano sullo statore, risulta variabile.

Il motore funziona con tensione e corrente continua, per cui, per poter dar luogo alla rotazione del campo magnetico nello statore, vi è un circuito elettronico, fatto da transistor controllati da un micro-controllore che si occupa della commutazione della corrente. Il circuito comanda l’inversione di corrente, per cui anche la rotazione del campo magnetico. Poiché è necessario che il controllore sappia quale sia la posizione del rotore, nei confronti dello statore, in modo da poter determinare la direzione che bisogna garantire al campo magnetico, questo è generalmente collegato ad un sensore, oppure ad un resolver con albero cavo. Il rendimento di questi motori è in ogni caso superiore paragonato a quello dei motori con corrente continua asincroni.

Ultima modifica: 9 Ottobre 2017