GUIDA AI MOTORI ELETTRICI

Spiegazione semplice
Per motore elettrico si definisce una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso sia di tipo elettrico e quella di uscita sia di tipo meccanico. I motori elettrici hanno importanza fondamentale nella società moderna, tanto è vero che la popolazione dei motori elettrici di un paese ne determina il suo sviluppo. Inoltre l'andamento, ovvero l'aumento o la diminuzione della popolazione dei motori elettrici è uno dei fattori utilizzati per valutare il livello di crescita tecnologica di tale paese. Per verificare ciò basti pensare a tutti gli oggetti che normalmente ci circondano, dal treno al frullatore, dal walkman alla lavatrice e via dicendo, di cui la società moderna fa ampio uso e che si può dire mettano in moto la nostra vita.

Parti principali:
Statore
Rotore
Campo magnetico
Magneti

Statore:
Lo Statore, in una macchina avente parti in movimento, è l'insieme delle parti fisse. Il termine è di uso comune nelle macchine rotanti, quali i motori elettrici, le turbine o altre macchine, in quanto contrapposto al rotore (parte mobile).

Funzioni:
Lo statore ha la funzione di sostenere, almeno parzialmente, la macchina. Nelle macchine elettriche, è parte del circuito magnetico insieme allo statore e contiene gli avvolgimenti indotti o induttori installati in apposite cave.

Caratteristiche:
Nelle macchine elettriche, lo statore è costituito da lamierini in lega acciaio-silicio da mezzo millimetro di spessore a svariati millimetri, o da acciaio massiccio, isolati tra di loro. Questo dipende da quanto lo statore viene interessato da flussi magnetici variabili nel tempo: più il flusso magnetico sarà variabile, minore sarà la dimensione dei lamierini. Questo perché la variazione di flusso nei materiali ferromagnetici (come l'acciaio) provoca la circolazione di correnti senza impieghi utili, chiamate correnti parassite e la perdita di energia dovuta alla magnetizzazione non lineare del materiale.


Rotore:
In elettrotecnica, si chiama rotore il perno di un condensatore variabile, come potrebbe essere un motore elettrico.

Campo magnetico:
Un campo magnetico è un campo vettoriale: associa, cioè, ad ogni punto nello spazio un vettore che può variare nel tempo. Più specificatamente il campo magnetico è un campo di forze magnetiche che associa ad ogni punto dello spazio una forza in generale proporzionale alla corrente elettrica e inversamente proporzionale al quadrato della distanza del
punto ove si vuole calcolare il campo. La direzione del campo è la direzione indicata all'equilibrio dall'ago di una bussola immersa nel campo.


Linee di forza dovute ad un magnete, rese visibili da un po' di limatura di ferro su un foglio di carta.

Magneti:
Un magnete è un corpo che genera un campo magnetico. Il nome deriva dal greco (magnítis líthos), cioè "pietra di Magnesia", dal nome di una località greca nota sin dall'antichità per gli ingenti depositi di magnetite. Un magnete può essere permanente o un'elettromagnete; la differenza sta nel fatto che un magnete permanente non si appoggia a nessuno stimolo esterno per generare il campo magnetico, mentre un elettromagnete genera il campo grazie allo stimolo di una corrente elettrica.

Motore elettrico a corrente continua:

Cenni storici
Uno dei primi motori elettromagnetici rotanti, se non il primo, è stato inventato da Michael Faraday nel 1821, e consisteva in un filo conduttore tenuto fermo verticalmente alla sua estremità superiore in modo che l'estremità inferiore fosse immersa in un piatto contenente mercurio. Un magnete permanente circolare era sistemato al centro del piatto. Quando una corrente elettrica veniva fatta scorrere nel filo, questo ruotava attorno al magnete mostrando che la corrente generava un campo magnetico attorno al filo. Questo è un esperimento didattico utilizzabile in una lezione di fisica, anche se al posto del mercurio (tossico) conviene usare un altro liquido conduttore come acqua molto salata.



Un semplice motore DC. Quando la corrente scorre negli avvolgimenti, si genera un campo magnetico intorno al rotore. La parte sinistra del rotore è respinta dal magnete di sinistra ed attirata da quello di destra. Analogamente fa la parte in basso a destra. La coppia genera la rotazione.Quando il rotore sarà allineato orizzontalmente, il commutatore invertirà la direzione della corrente che scorre negli avvolgimenti, invertendo il campo magnetico e inizierà la seconda parte del giro.

Motore CC a magneti permanenti
Il classico motore in corrente continua ha una parte che gira detta appunto rotore o anche armatura (in grigio con gli avvolgimenti colorati nelle figure) e una parte che genera un campo magnetico fisso (nell'esempio i due magneti colorati) detta statore. Un interruttore rotante detto commutatore o collettore a spazzole (o anello di Pacinotti) (nelle figure l'anello color rame, fissato all'albero rotante del motore, con i due contatti striscianti + e - collegati alla parte ferma) inverte due volte ad ogni giro la direzione della corrente elettrica che percorre i due avvolgimenti generando un campo magnetico che entra ed esce dalle parti arrotondate dell'armatura. Nascono forze di attrazione e repulsione con i magneti permanenti fissi (indicati con N ed S nelle figure).

La velocità di rotazione dipende da:

Tensione applicata.
Corrente assorbita dal rotore.
Carico applicato (chiamato coppia di carico).
La coppia generata è proporzionale alla corrente.
Il controllo più semplice agisce sulla tensione di alimentazione.
Nei sistemi più complessi si usa un controllo in retroazione che legge le variabili (corrente, velocità di rotazione) per generare, con un alimentatore switching, la tensione da applicare al motore.

Dato che questo tipo di motore può sviluppare una forte coppia a basse velocità di rotazione è stato usato nella trazione elettrica, come, ad esempio, sulle locomotive. Il motore CC a magneti permanenti ha un comportamento reversibile: diventa un generatore di corrente continua (una dinamo) se si collega un altro motore all'albero. Si può allora prelevare l'energia elettrica prodotta collegandosi alle spazzole. (Da questo si può intuire la sua capacità di agire anche da freno: applicando tra le spazzole un resistore l'energia meccanica trasmessa all'albero si dissipa su questo resistore). Riassumendo si può affermare che il motore CC ha tutte le funzioni necessarie per un mezzo mobile: oltre alla funzione di motore può recuperare l'energia funzionando da dinamo e, quando necessario, può servire da freno.
Il suo limite principale è nella necessità del commutatore a spazzole:
Le spazzole sono in grafite. Questo consente un buon contatto elettrico minimizzando gli attriti. La loro usura richiede periodici interventi di manutenzione (d'altra parte è preferibile dover sostituire le spazzole che non l'intero collettore, operazione ovviamente molto più complessa).
Le spazzole pongono un limite alla massima velocità di rotazione: maggiore è la velocità e più forte è la pressione che bisogna esercitare su di esse per mantenere un buon contatto. Tra spazzole e collettore, nei momenti di commutazione, si hanno transitori di apertura degli avvolgimenti induttivi e quindi scintillio (attenuabile con opportuni sistemi ma non eliminabile).
Queste scintille comportano disturbi elettrici sia irradiati nell'ambiente circostante che trasmessi al generatore di tensione (che alimenta il motore); questi disturbi, in determinati settori di impiego, possono causare problemi di compatibilità elettromagnetica.
La presenza di avvolgimenti elettrici sul rotore ha anche due aspetti negativi:

Se il motore è di grossa potenza si hanno dei problemi di smaltimento del calore (gli avvolgimenti si riscaldano per effetto Joule e il campo magnetico alternato nel nucleo del rotore genera altre perdite e quindi altro calore). Gli avvolgimenti appesantiscono il rotore (aumenta il momento d'inerzia): se il motore deve rispondere con rapidità e precisione (come avviene nelle automazioni industriali e nella robotica) il controllo diventa più complesso. I problemi illustrati sarebbero evitati se si potesse scambiare il rotore con lo statore (cioè se gli avvolgimenti venissero messi sulla parte fissa e i magneti fossero montati sul rotore). Scomparirebbe il collettore a spazzole e gli avvolgimenti elettrici potrebbero smaltire più facilmente il calore generato. È quello che si fa nei motori brushless (in inglese letteralmente: senza spazzole). In essi si possono ridurre ulteriormente le dimensioni del rotore (e quindi le sue inerzie) usando materiali magnetici più efficienti come leghe di samario-cobalto. In questi motori ovviamente il circuito di alimentazione deve essere più sofisticato, dovendo sostituire le funzioni del collettore meccanico con un controllo elettronico di potenza.

La cosa che a noi interessa di più in tutto ciò è sapere come viene applicato il tutto ad un motore 540 per auto RC come questo:


Nelle immagini precedenti noi abbiamo osservato una versione semplificata del motore solo con 2 armature.
Un motore elettrico per RC può arrivare a contenere fino a 6 armature, e per motivi strutturali il numero delle spire o turns su ogni armatura va diminuendo.
Il campo magnetico generato da meno spire su + armature genera sostanzialmente la stessa spinta di un motore con meno armature, ma un numero di spire + alto per armatura.

Un motore con più armature fatica a raggiungere la coppia ed avrà bisogno di molto + spazio per raggiungere la velocità di rotazione ottimale, dando un ottimo rendimento su percorsi con grandi rettilinei e curve ampie.

Un motore con - armature raggiunge immediatamente la coppia, ha un maggiore spunto sul corto, ottimo per tracciati con accelerazioni fulminee e curve molto llente.
questo tipo di motori vengono utilizzati molto nell'offroad elettrico, per lo stesso principio per cui noi Drifters dovremmo preferirli.
con questi motori non si raggiungono velocità di punta vertiginose, ma state pur certi che sul misto nn ce n'è per nessuno.

un motore che a parità di armature ha un maggiore numero di spire globale vuol dire che riesce a scaricare molta più potenza.
Grazie al lavoro dei magneti, sulle varie armature si generano dei campi magnetici molto è forti, creando cosi degli scatti molto più rapidi per cui nervosi, difficilmente controllabili, ma indubbiamente scaricando molta + potenza sulla ruota.

Lisk4

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