MOTORI CC

Il motore a corrente continua

Il motore a corrente continua , chiamato così perché per funzionare deve essere alimentato con tensione e corrente costante, è costituito, come gli altri motori da due parti, il rotore e lo statore.

Questo tipo di motore può avere due tipi di statore:

• Statore a magneti permanenti 

 

• Statore alimentato 

 

Entrambe le due tipologie di statori hanno lo stesso scopo, quello di generare un campo magnetico costante.

Con il primo tipo di statore il valore del campo magnetico generato non è modificabile, in quanto sono due magneti permanenti a generarlo. Invece la seconda tipologia di statore è in grado di generare campi magnetici a valori regolabili. I valori desiderati di campo magnetico possono essere generati variando la tensione ai capi del circuito statorico. Il circuito statorico necessita anch’esso di una tensione e corrente costante ma solo perché deve generare come detto un campo magnetico costante.

Il circuito statorico per poter generare il campo magnetico desiderato è avvolto su blocchi di materiale ferromagnetico. Quindi la forma dello statore nelle due tipologie è uguale, l’unica differenza sta nel fatto che il primo ha dei magneti invece il secondo ha nuclei ferromagnetici su cui sono avvolte delle spire.

Grazie all'interazione tra campo magnetico statorico e corrente che circola nelle spire del rotore, su questo sono applicate due forze contrapposte quindi una coppia.
Visto che il campo magnetico statorico non varia la coppia di forse bloccherebbe il moto dopo mezzo giro. Per risolvere questo problema si utilizza un pezzo meccanico caratteristico solo del motore a corrente continua, il “collettore”. 

Il collettore è costituito da una serie di lamelle di rame poste vicine tra loro ed ognuna isolata elettricamente dalle altre, collegate in modo opportuno alle spire in modo tale da far invertire la coppia ogni mezzo giro.

Sopra il collettore vi strisciano due spazzole le quali forniscono l'alimentazione elettrica alle spire. Un sistema di“spazzole”(contatti striscianti) permette di variare continuamente la polarità della tensione applicata alle bobine, comportanto l’inversione continua del campo magnetico

 I motori DC hanno numerosi pregi:

• Hanno un elevato rapporto potenza/peso
• Sono relativamente facili da regolare, sia come velocità che come coppia, soprattutto se non sono richieste prestazioni elevate
• Hanno un'elevata coppia di spunto che li rende ideali, per esempio, nella trazione elettrica

Ed hanno anche numerosi difetti:

• Le spazzole sono oggetti particolarmente fragili ed inaffidabili nel lungo periodo
• La commutazione meccanica delle spazzole causa picchi di tensione elevata che mettono a dura prova l'elettronica ed aumentano le emissioni elettromagnetiche
• Le spazzole limitano la massima velocità a poche migliaia di giri al minuto
•  Produzione di scintille durante la commutazione 

Usura delle lamelle e delle spazzole

 

Scintillio delle spazzole con le lamelle

Un motore elettrico in corrente continua è in grado di generare una coppia di forze proporzionale alla tensione applicata V.
La velocità angolare ω di rotazione del motore è invece funzione della coppia generata dal motore e della coppia resistente applicata.
La coppia risultante sull’asse del motore determina la velocità angolare.Quindi la velocità angolare può essere variata variando la tensione applicata.

Per aumentare la coppia si usa collegare (meccanicamente) all’asse del
motore un riduttore di giri (gearbox).
I riduttori sono formati da  ruote dentate  che, in funzione del rapporto dei diametri, consentono:

• una riduzione di velocità angolare
• un incremento della coppia generata

nmotore  numero di giri al minuto del motore non ridotto
nriduttore  numero di giri al minuto del riduttore

rapporto di riduzione    i = nmotore / nriduttore

cmotore  coppia del motore
criduttore  coppia del riduttore  
 

rapporto di riduzione    i = criduttore / cmotore


Dalle due relazioni si evince che se aumenta la coppia diminuisce il numero di giri al minuto 

Controllo di un motore CC

Il controllo può avvenire tramite un driver per motori CC.

I driver, o circuiti  elettronici di potenza, sono necessari per pilotare un motore in corrente continua perché spesso i motori assorbono correnti elevate  e le tensioni di alimentazione sono alte: occorre quindi progettare circuiti adeguati a gestire queste potenze.

Con questi circuiti si può gestire la rotazione oraria o antioraria e la velocità di rotazione, usando un segnale PWM.