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.
