Motore CC

Motore DC vista frontale e vista posteriore
Motore DC vista frontale e vista posteriore

I motori a cor­rente con­tin­ua sono chia­mati anche motori a cor­rente con­tin­ua, men­tre la loro con­troparte diret­ta è cos­ti­tui­ta dai motori a cor­rente alter­na­ta o anche chia­mati motori a cor­rente alter­na­ta. Come sug­gerisce il nome, un motore a cor­rente con­tin­ua può essere azion­a­to con cor­rente con­tin­ua da una sor­gente di ten­sione con­tin­ua, ad esem­pio una bat­te­ria a 12 V. L’il­lus­trazione prece­dente mostra la vista pos­te­ri­ore e ante­ri­ore di un motore CC. Per spie­gare meglio la costruzione e il fun­zion­a­men­to, è sta­to scel­to un motore dal design molto semplice.

Progettare Motore CC

Come ogni motore elet­tri­co, il motore a cor­rente con­tin­ua è cos­ti­tu­ito da un rotore e da uno sta­tore. A dif­feren­za dei motori a cor­rente alter­na­ta, lo sta­tore non rotante del motore a cor­rente con­tin­ua è cos­ti­tu­ito da mag­neti per­ma­nen­ti. I mag­neti per­ma­nen­ti sono fis­sati a una cam­i­cia cilin­dri­ca in lamiera. Il rotore rotante è cos­ti­tu­ito da sin­goli fogli elet­tri­ci sot­tili. Il rotore è avvolto da un filo di rame. I sin­goli avvol­gi­men­ti sono col­le­gati al com­mu­ta­tore. Due spaz­zole per i poli pos­i­ti­vo e neg­a­ti­vo si trovano in un anel­lo sul com­mu­ta­tore rotante. Le spaz­zole pos­sono essere real­iz­zate, ad esem­pio, con perni di car­bo­nio o met­al­lo. Per miglio­rare il con­tat­to, i perni di car­bone sono pre­mu­ti sul com­mu­ta­tore da pic­cole molle. Le spaz­zole sono col­le­gate ai poli pos­i­ti­vo e neg­a­ti­vo del­la ten­sione CC. A dif­feren­za di un motore a cor­rente alter­na­ta, che di soli­to ha tre con­nes­sioni per l’al­i­men­tazione, il motore a cor­rente con­tin­ua ha solo due con­nes­sioni per la ten­sione continua.

Come funziona il Motore CC

Come qual­si­asi motore elet­tri­co, il motore CC richiede un cam­po mag­neti­co alter­na­to che cam­bia a sec­on­da del­la posizione. Il cam­po mag­neti­co è gen­er­a­to da un flus­so di cor­rente negli avvol­gi­men­ti. Affinché il cam­po mag­neti­co cam­bi a sec­on­da del­la posizione, deve cam­biare la direzione del flus­so di cor­rente negli avvol­gi­men­ti. Pro­prio per questo moti­vo è nec­es­sario il cosid­det­to com­mu­ta­tore, che cam­bia la polar­ità del­la ten­sione appli­ca­ta agli avvol­gi­men­ti. Il com­mu­ta­tore assi­cu­ra quin­di che agli avvol­gi­men­ti sia appli­ca­ta una ten­sione pos­i­ti­va o neg­a­ti­va. Questo cam­bia anche la direzione del flus­so di cor­rente nel­l’avvol­gi­men­to e quin­di il cam­po mag­neti­co. Il com­mu­ta­tore può quin­di essere vis­to come un invert­er mec­ca­ni­co che con­verte la cor­rente con­tin­ua del motore in cor­rente alter­na­ta per gli avvol­gi­men­ti. Per questo moti­vo, il com­mu­ta­tore è chiam­a­to anche com­mu­ta­tore meccanico.

Interruttore motore DC vista frontale e vista dall'alto
Inter­rut­tore motore DC vista frontale e vista dall’alto

Tipi di Motore CC

Esistono tre diver­si tipi di motori CC:

  • Motore CC autoeccitato
  • Motore CC ecc­i­ta­to separatamente
  • Motore a cor­rente con­tin­ua a mag­nete permanente

Il motore a cor­rente con­tin­ua con ecc­i­tazione a mag­nete per­ma­nente è il più uti­liz­za­to gra­zie alla sua sem­plic­ità costrut­ti­va. Il motore CC a ecc­i­tazione sep­a­ra­ta e il motore CC autoec­c­i­ta­to non han­no mag­neti per­ma­nen­ti nel­lo sta­tore; al con­trario, questi motori CC uti­liz­zano elet­tro­mag­neti nel­lo sta­tore. Nei motori CC autoec­c­i­tati, la ten­sione per l’elet­tro­mag­nete viene uti­liz­za­ta diret­ta­mente dal­la ten­sione CC. I motori CC ecc­i­tati ester­na­mente uti­liz­zano invece una ten­sione aggiun­ti­va che può essere imposta­ta indipen­den­te­mente dal­la ten­sione CC del motore CC. La con­troparte diret­ta dei motori a cor­rente con­tin­ua sono i motori a cor­rente con­tin­ua sen­za spaz­zole o motori BLDC. Come sug­gerisce il nome, i motori BLDC sono privi di spaz­zole e quin­di anche di com­mu­ta­tore. I motori brush­less apparten­gono alla cat­e­go­ria dei motori a cor­rente alter­na­ta. I motori a cor­rente con­tin­ua sen­za fer­ro o slot­less non han­no fes­sure nel rotore, cioè non han­no den­ti attorno ai quali si avvol­go­no gli avvol­gi­men­ti. Gli avvol­gi­men­ti sono quin­di avvolti, per così dire, intorno all’aria. Per questo moti­vo si par­la anche di avvol­gi­men­to a traferro.

Controllo del Motore CC

Il sen­so di rotazione può essere facil­mente imposta­to tramite la polar­ità sui due ter­mi­nali del motore CC. Ad esem­pio, +12 V per la rotazione in sen­so orario e ‑12 V per la rotazione in sen­so antio­rario. L’e­sat­ta ten­sione di ali­men­tazione e il sen­so di rotazione devono essere rica­vati dal­la sche­da tec­ni­ca del pro­dut­tore del motore CC. La veloc­ità può essere mod­i­fi­ca­ta tramite la ten­sione del motore CC. Tut­tavia, per con­trol­lare cor­ret­ta­mente la veloc­ità, è nec­es­sario un sen­sore o un encoder che la rile­vi. Esistono anche meto­di spe­ciali per cal­co­lare la veloc­ità a par­tire dal­la cor­rente del motore. Come rego­la­tore si può uti­liz­zare un rego­la­tore PI, che rego­la la ten­sione in base alla devi­azione tra il set­point e la veloc­ità effet­ti­va. Il liv­el­lo di ten­sione così rego­la­to mod­i­fi­ca la cor­rente con­tin­ua che scorre nel motore. In questo modo, la veloc­ità del motore CC viene con­trol­la­ta in base alla veloc­ità impostata.

Motore CC a collettore con avvolgimenti
Motore CC a col­let­tore con avvolgimenti

Applicazioni Motori CC

I motori a cor­rente con­tin­ua sono uti­liz­za­ti soprat­tut­to per sem­pli­ci attua­tori. Un ampio cam­po di appli­cazione degli attua­tori con motori a cor­rente con­tin­ua è l’in­dus­tria auto­mo­bilis­ti­ca. In questo caso, i motori a cor­rente con­tin­ua sono uti­liz­za­ti per i flap e le valv­ole. Anche nel mod­el­lis­mo, molti motori a cor­rente con­tin­ua sono uti­liz­za­ti per i ser­voazion­a­men­ti che con­trol­lano gli aero­mod­el­li e per le auto e le barche telecomandate.

Vantaggi e Svantaggi

Poiché i motori CC sono prodot­ti in quan­tità molto ele­vate in un proces­so com­ple­ta­mente autom­a­tiz­za­to, sono molto con­ve­ni­en­ti. Nel­la mag­gior parte dei casi, al pos­to dei mag­neti al neodimio-fer­ro-boro si uti­liz­zano fer­ri­ti a bas­so cos­to per man­tenere bassi i costi di pro­duzione. I mag­neti più deboli han­no un’­ef­fi­cien­za e una den­sità di poten­za infe­ri­ori. Tut­tavia, esistono anche motori CC di alta qual­ità con una buona effi­cien­za. Tut­tavia, questi sono parag­o­nabili ai motori a cor­rente alter­na­ta in ter­mi­ni di cos­to. Uno dei prin­ci­pali svan­tag­gi è la dura­ta lim­i­ta­ta a causa del­l’usura per attri­to delle spaz­zole. Questi lim­i­tano anche la veloc­ità dei motori CC. Il cosid­det­to incen­dio delle spaz­zole, che si ver­i­fi­ca tra le spaz­zole e il com­mu­ta­tore, limi­ta anche le pos­si­bili appli­cazioni dei motori a cor­rente continua.