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I motori elettrici convertono energia elettrica in energia meccanica sfruttando l'interazione tra corrente e campo magnetico. Questa risorsa illustra il principio elettromagnetico di base, le differenze tra motori in corrente continua e in corrente alternata, i componenti principali come statore e rotore, le grandezze caratteristiche e gli usi comuni, dai piccoli elettrodomestici ai motori dei veicoli elettrici.
Come funziona un motore elettrico
Il cuore del funzionamento è la forza che agisce su un conduttore percorso da corrente quando è immerso in un campo magnetico. In un motore, questa forza genera una coppia che mette in rotazione il rotore. La direzione della forza si determina con la regola della mano destra: il campo magnetico, la corrente e la forza sono tra loro perpendicolari. Perché la rotazione continui, il senso della corrente nelle spire deve alternarsi opportunamente: nei motori DC questo avviene tramite il collettore e le spazzole, mentre nei motori AC l'alternazione della corrente stessa compie questo compito.
Motori DC e motori AC: le differenze
I motori in corrente continua si alimentano con batterie e si distinguono per la facilità di regolazione della velocità, ma richiedono una commutazione meccanica che provoca usura delle spazzole. I motori in corrente alternata, come gli asincroni a induzione, sfruttano il campo magnetico rotante generato dalle fasi della rete: il rotore non riceve corrente tramite contatti, il che li rende robusti ed economici. Per questo gli asincroni dominano negli usi industriali e negli elettrodomestici, mentre i motori DC e i moderni motori brushless si trovano dove serve un controllo preciso, come nei droni e nei veicoli elettrici.
Il motore brushless e la rigenerazione
Nei motori brushless la commutazione è elettronica: un circuito di controllo alimenta gli avvolgimenti dello statore nell'ordine giusto, mentre il rotore è dotato di magneti permanenti. Eliminando spazzole e collettore si riducono usura, scintille e manutenzione, con rendimenti elevati. Nei veicoli elettrici lo stesso motore può lavorare come generatore durante la frenata: l'energia cinetica viene in parte riconvertita in energia elettrica e restituita alla batteria. Questo recupero non è totale, perché una quota di energia si dissipa comunque in calore per effetto Joule e per attriti meccanici.
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Domande per ripassare
Perché il rotore di un motore asincrono gira più lentamente del campo magnetico?
Se il rotore girasse alla stessa velocità del campo rotante, non ci sarebbe variazione di flusso magnetico attraverso i suoi avvolgimenti e quindi non verrebbe indotta alcuna corrente. Senza corrente indotta mancherebbe la forza che produce la coppia. La differenza di velocità, chiamata scorrimento, è quindi necessaria perché il motore a induzione sviluppi coppia.
A cosa serve il collettore in un motore in corrente continua?
Il collettore, insieme alle spazzole, inverte il senso della corrente negli avvolgimenti del rotore a ogni semigiro. In questo modo la forza magnetica continua a spingere le spire nello stesso senso di rotazione invece di fermarle a metà giro. È una commutazione meccanica che garantisce il funzionamento, ma è anche la parte più soggetta a usura.
Che differenza c'è tra potenza assorbita e potenza utile di un motore?
La potenza assorbita è l'energia elettrica che il motore preleva dall'alimentazione in un secondo. La potenza utile è quella effettivamente disponibile sull'albero come lavoro meccanico. La differenza sono le perdite, soprattutto il calore per effetto Joule negli avvolgimenti e gli attriti. Il rendimento è il rapporto tra potenza utile e potenza assorbita, ed è sempre inferiore a uno.