MOTORI CORRENTE CONTINUA: L’ELETTROMOTORE La macchina a corrente continua fu ideata nel 1860 da Antonio Pacinotti (18411912) ed ebbe subito una grande diffusione: consentì la realizzazione dei primi impianti di illuminazione e di elettrificazione industriale. L’utilizzo come motore è certamente il più comune specie nella versione a magneti permanenti. Per le grandi possibilità di regolazione che questo motore offre, esso è diffusissimo nell’automazione. Una spira/ bobina in presenza di un campo d’induzione magnetica B viene sollecitata da una coppia di forze che la pone in rotazione. Su questo principio si basano i motori elettrici ELETTROMOTORE: motore che funziona con corrente continua Principio di funzionamento: una spira, libera di ruotare attorno ad un asse, viene posta in un campo d’induzione magnetica B; essa è connessa a due semianelli C e C’ di rame e attraverso le due spazzole a contatto strisciante S e S’ di grafite (è un conduttore ed ha la proprietà di auto lubrificarsi), alla batteria elettrica. La spira quando è percorsa da una corrente viene sollecitata da una coppia di forze F e –F che la fa ruotare (in senso orario se osservata dall’alto). La spira raggiunge la posizione con la superficie perpendicolare a B, dove avviene il distacco dei semianelli dalle spazzole e, subito dopo (la spira prosegue il suo moto per inerzia) avviene l’inversione dei contatti. Tale inversione assicura la rotazione continua della spira nello stesso senso. Nella pratica i motori sono molto più complessi: alla spira si sostituisce un’armatura costituita da un nucleo di ferro opportunamente sagomato e laminato (per ridurre le correnti parassite di Foucault) su cui sono avvolte numerose spire. Le estremità dell’avvolgimento dell’armatura sono connesse a molte strisce di rame, dette segmenti, che costituiscono il commutatore. Inoltre i magneti permanenti sono sostituiti da elettromagneti. Tutto ciò serve ad intensificare l’azione torcente della coppia di forze e nel contempo a rendere meno brusca le torsione e a realizzare una rotazione continua più scorrevole. I circuiti dello statore e del rotore sono alimentati dallo stesso generatore di corrente continua. Ve: tensione continua di alimentazione dell’avvolgimento di eccitazione Le, cioè dell’avvolgimento che genera il flusso magnetico di eccitazione Θe. Tale avvolgimento si trova sulla parte fissa del motore detto statore. Va: tensione continua di alimentazione del rotore detta di armatura Ia: corrente detta di armatura che circola nel rotore. Poiché la forza che si genera nel rotore ha una certa distanza dal suo asse di rotazione, si crea una coppia motrice Cm che fa ruotare il rotore. Cm = Ka* Θe* Ia Ka: caratteristica del motore che una volta costruito è costante Θe: flusso di eccitazione dello statore In pratica una volta costruito il motore, possiamo regolare la coppia motrice agendo o sul Θe oppure su Ia Il movimento del rotore all’interno del flusso magnetico costante Θe genera all’interno del rotore una forza elettromotrice E di verso opposto alla tensione di armatura. E = Ka * Θe*nr dove nr: è il numero giri del rotore al minuto L’equazione del circuito del rotore/armatura è: Va= E+ Ra*Ia Ra: resistenza del filo che costituisce l’avvolgimento di armatura Va= E+ Ra*Ia E= Va - Ra*Ia = Ka * Θe*n nr=(Va -Ra*Ia)/ Ka *Θe GENERATORE DI CORRENTE CONTINUA O DINAMO Una spira, libera di ruotare attorno al proprio asse, è immersa in un campo magnetico. I suoi terminali sono connessi a due semianelli C e C’. Ogniqualvolta la spira si dispone ortogonalmente al campo, i contatti semianelli e spazzole vengono scambiati. fra La corrente nella spira si mantiene sempre nello stesso verso (che consideriamo positivo). La corrente nel circuito esterno inserito tra i collettori C e C’ risulta positiva e pulsata. Dalla combinazione di più correnti tra loro sfasate si ottiene una corrente positiva pressoché continua (raddrizzata e smussata) E’ un piccolo generatore adatto a fornire elettricità ad una bicicletta per far luce nella notte. Un magnete permanente viene ruotato all’interno di una bobina con il vantaggio di non far muovere la bobina stessa. La parte superiore della dinamo viene a contatto con il cerchione della gomma che ruota quando la bicicletta sta in movimento.