MOTORI ELETTRICI: Classificazione e Funzionamento

I motori elettrici possono essere classificati in base al tipo di corrente che utilizzano:

• Motori CC (Corrente Continua)
• Motori CA (Corrente Alternata)
• Motori Universali (utilizzati per entrambi i tipi di corrente)

Classificazione dei Motori a Corrente Alternata (CA)

I motori CA sono classificati in base alla velocità (sincroni, asincroni), al tipo di rotore (a rotore avvolto o a gabbia di scoiattolo), e al numero di fasi (monofase – universale, con avvolgimento ausiliario e condensatore – e trifase).

Motori a Corrente Continua (CC)

Classificazione per Tipo di Eccitazione

I motori CC sono classificati in base al tipo di eccitazione (ovvero, come viene prodotto il campo magnetico):

• Indipendente
• In Serie
• In Shunt (o in Derivazione)
• Composto (o Compound)
• A Magneti Permanenti

Principi di Funzionamento

I motori a corrente continua (CC) si basano sui principi della forza elettromagnetica e della forza elettromotrice indotta. Questi motori sono costituiti da un induttore e da un'armatura (o indotto).

Componenti Principali

• Induttore: La sua funzione è quella di creare il campo magnetico. Si trova nella parte fissa, o statore, del motore. L'induttore è costituito da avvolgimenti di filo di rame collocati attorno all'espansione polare di materiale ferromagnetico, attraverso i quali circola una corrente elettrica. Può anche essere costituito da magneti permanenti.
• Indotto (Armatura): Ha il compito di produrre campi magnetici che interagiscono con quelli dell'induttore. È costituito da conduttori di rame disposti in bobine. Le bobine sono alloggiate in scanalature su un pacchetto cilindrico di lamierini di materiale ferromagnetico, che è fissato all'asse di rotazione ed è la parte mobile, o rotore, della macchina.

L'inizio e la fine delle diverse bobine sono collegate elettricamente a un componente di rame sottile chiamato collettore, che ruota con l'albero. I segmenti sono le parti in cui il collettore è diviso e sono isolati l'uno dall'altro. Per immettere la corrente nei conduttori dell'armatura si utilizzano le spazzole, che sono pezzi di grafite in contatto con il collettore e che collegano il circuito esterno all'interno della macchina.

Tipi di Motori a Corrente Continua

Un motore CC richiede un circuito induttore e un circuito di armatura. A seconda di come questi due circuiti sono collegati, si ottengono diversi tipi di motori a corrente continua:

• Motori a Eccitazione Separata

  L'armatura (A, B) e l'avvolgimento induttore (J, K) sono alimentati da fonti di energia separate e indipendenti. Il flusso e l'intensità della corrente sono costanti.

• Motore Shunt (o in Derivazione)

  Il motore shunt è caratterizzato dal fatto che l'avvolgimento di campo (C, D) è collegato in parallelo (derivazione) alla stessa fonte di tensione dell'armatura (A, B).

• Motore in Serie

  L'induttore (E, F) è collegato in serie con l'armatura (A, B), il che implica che il flusso magnetico e la corrente di armatura possono variare.

• Motore Composto (o Compound)

  Motori composti (a shunt lungo o a shunt corto).

Caratteristiche Operative dei Motori CC

Le caratteristiche di prestazione dei motori a corrente continua dipendono dal tipo di eccitazione e forniscono informazioni sulle prestazioni del motore in determinate condizioni operative. Le più importanti sono:

• La velocità $n = f(I)$
• La coppia motrice $M = f(I)$
• La caratteristica meccanica $M = f(n)$

Caratteristiche del Motore Shunt

1. Velocità $n = f(I_i)$
2. Coppia $M_i = f(I_i)$
3. Caratteristica meccanica $M = f(n)$

Caratteristiche del Motore in Serie

1. Velocità $n = f(I_i)$
2. Coppia $M = f(I_i)$
3. Caratteristica meccanica $M = f(n)$

Avviamento dei Motori CC

La prima fase nel funzionamento di un motore è l'avviamento. In questa fase, si può agire sulla tensione applicata al motore o sulla resistenza del circuito di armatura. Si predilige l'opzione che comporta il minor numero di perdite, inserendo una resistenza di avviamento (chiamata reostato di avviamento) tra la rete e l'armatura. Man mano che il motore accelera, la forza elettromotrice (f.e.m.) aumenta e la corrente si riduce. Durante l'avviamento, la resistenza viene progressivamente eliminata fino a scomparire.

Controllo della Velocità

La regolazione della velocità è finalizzata a mantenere una velocità preimpostata. Per regolare la velocità, si deve agire sulla tensione o sul flusso magnetico. Si può agire sulla tensione applicata tramite i seguenti metodi:

• Inserimento di un resistore in serie con l'indotto (regolazione per resistenza).
• Variazione della tensione (controllo per regolazione della tensione).

Se si agisce sul flusso, è necessario regolare la corrente di eccitazione collegando un reostato che, a seconda del tipo di motore, viene connesso in modo diverso.

Inversione del Senso di Rotazione

I motori elettrici possono funzionare in entrambi i sensi di rotazione. La direzione della coppia motrice dipende dal campo magnetico e dalla direzione della corrente nei conduttori di armatura. Per invertire il senso di rotazione, è sufficiente invertire i collegamenti sull'induttore o sull'armatura (ma non su entrambi contemporaneamente).

• Se l'inversione avviene quando la macchina è ferma, si raccomanda di modificare i collegamenti dell'armatura.
• Se l'inversione avviene mentre il motore è in funzione, è preferibile cambiare i collegamenti dell'armatura, poiché se si modificasse l'induttore, il motore rimarrebbe privo di eccitazione.

Prima di effettuare l'inversione, è essenziale inserire tutte le resistenze di avviamento.

Frenatura dei Motori a Corrente Continua

In molte applicazioni è necessario arrestare o rallentare il motore. La frenatura dei motori a corrente continua si basa sul principio di reversibilità. Quando il motore viene frenato, inizia a funzionare come un generatore, invertendo la direzione della coppia. Questo tipo di frenatura è noto come frenatura elettrica e può essere eseguito in due modi:

• Frenatura Reostatica: Consiste nel dissipare l'energia generata (quando la macchina funziona da generatore) tramite resistenze di frenatura, che spesso sono le stesse utilizzate per l'avviamento.
• Frenatura Rigenerativa: Consiste nel restituire l'energia generata alla linea di alimentazione.