La struttura di un motore in corrente continua

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Un motore in corrente continua di potenza medio/piccola è costituito da una carcassa all'interno della quale è presente un campo magnetico generato, nei motori più piccoli, da magneti permanenti (e così si presumerà nel seguito); nei motori di dimensioni più grosse è invece presente un avvolgimento percorso da corrente.

Il rotore è costituito da una serie di spire solidali con l'albero rotante; il collegamento elettrico con l'alimentazione è costituito da due spazzole striscianti (brush) che costituiscono la parte più delicata del motore. Si tratta di cilindri in carbone o contatti in metallo che strisciano sul alcuni contatti elettrici ricavati nell'albero (il collettore).

Il circuito equivalente elettrico

Il circuito equivalente di un motore DC è costituito da una resistenza Ra (qualche ohm), da un induttore La (milliHenry, ininfluente a regime ma importante alla partenza e per i problemi che causa) e da un generatore di tensione Eg, proporzionale alla velocità di rotazione.

Schema equivalente

Le equazioni che regolano il sistema sono le seguenti (se la cosa ti è ostica, puoi saltare senza indugio alle conclusioni):

Va = Ra * Ia + La * dIa/dT + Eg

Eg = Ke * w

dove:

Va è la tensione di alimentazione
Ia è la corrente di alimentazione
Ra è la resistenza di armatura
La è l'induttanza di armatura
Ke e Kt due costanti, proprie del motore, dette costante elettrica e di coppia
Cm la coppia motrice
w è la velocità di rotazione

Dall'esame qualitativo delle equazioni sopra riportate si possono, a regime, fare le seguenti osservazioni:

Quando il motore è fermo (w = 0) la corrente è massima e pari a Va/Ra. Di conseguenza anche la coppia è massima. Questa situazione si presenta quando il motore è bloccato meccanicamente ed alla partenza (la cosiddetta corrente di spunto) e, se protratta nel tempo, rischia di surriscaldare il motore ed eventualmente l'elettronica di comando.
Il motore ruota alla massima velocità quando la Eg è pari alla Va; di conseguenza la corrente e la coppia motrice sono nulle. In realtà questa situazione è solo teorica in quanto una piccola coppia resistente (e quindi una corrente) è sempre presente a causa degli attriti meccanici e dell'eventuale ventilazione. Gli attriti a vuoto sono per esempio sempre presenti e particolarmente rilevanti nel caso in cui il motore è collegato ad un riduttore meccanico di giri.
La diminuzione della velocità all'aumentare della coppia resistente è lineare.
La massima potenza meccanica si ha al 50% della velocità oppure, in modo equivalente, al 50% della coppia massima. Ricordo che la potenza meccanica è pari al prodotto di coppia e velocità.
Il motore in corrente continua (come in generale tutti i motori elettrici) è un carico fortemente induttivo e quindi per il suo pilotaggio sono richiesti accorgimenti per evitare la distruzione dell'elettronica di controllo a causa delle cosiddette sovratensioni di apertura.

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