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L’evoluzione dei mezzi di trasporto accorcia le distanze del viaggiatore: i motori termici ed elettrici




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L’EVOLUZIONE DEI MEZZI DI TRASPORTO ACCORCIA LE DISTANZE DEL VIAGGIATORE

I MOTORI TERMICI ED ELETTRICI

motore_matteucci.jpg




Text Box:    motore MatteucciPiù o meno  nel 1804,in piena rivoluzione industriale, un certo ingegnere inglese di nome Richard e di cognome Trevithick costruì la prima locomotiva della storia.

E' da qui, è da questo momento che parte la 'svolta umana', l'inizio di un lungo periodo di viaggi sempre più moderni, sempre più lontani, sempre più veloci.

Trevithick costruì la prima locomotiva ma Giorgio Stephenson andò oltre, l'adattò al mondo, la inserì in un paesaggio di passeggeri, vagoni e treni merci, non più a fianco dei minatori, ma sotto i piedi di persone con gli sguardi dietro quel finestrino sporco di moscerini, e la chiamò 'Rocket'.La grande invenzione della locomotiva, era la consapevolezza dell'uomo di poter andare dappertutto, partendo da quei due binari per arrivare, poi, su quel satellite che sembrava fatto di formaggio.

Era la consapevolezza di poter andare più veloce, sempre più veloce

La prima locomotiva procedeva  grazie al vapore. Ma prima della locomotiva, di Stephenson e di Trevithick, ci sono altre persone, altre scoperte tutte fondamentali a far partire e a far viaggiare un ammasso di ferraglie come poteva essere la 'Rocket', e così ripercorrendo a ritroso questa storia troviamo le invenzioni e i miglioramenti delle macchine a vapore. Le prime macchine a vapore furono usate da sempre persino da Erone d'Alessandria intorno al 100 a.C. per sbalordire le persone aprendo una porta come fosse un dio.

Poi si susseguirono Papin nel 1690, Savery che con la sua macchina doveva buttar via l'acqua da una miniera, e poi Newcomen.

Newcomen migliorò la macchina di Savery che comportava un inconveniente: l'uso del vapore ad alta pressione portava notevoli rischi di esplosioni; Newcomen ne costruì una a bassa pressione, con uno stantuffo dotato di contrappeso che alleggeriva così la spinta verso l'alto causata dal vapore. Una volta raggiunta la sommità del cilindro si apriva una valvola e veniva spruzzato un getto d'acqua fredda in modo da abbassare la temperatura, far condensare il vapore e far scendere lo stantuffo. Questa macchina, o meglio, questo motore fu molto usato in Inghilterra, ma non era un buon motore perché bruciava molto carbone per compiere poco lavoro, ma la richiesta di macchine per estrarre acqua nelle miniere era molto alta.



macchi9.gif

Si definisce rendimento di una macchina termica il rapporto fra il modulo del lavoro eseguito ed il modulo del calore assorbito dalle sorgenti calde:

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considerando che L = QC -QF, si ha: wpe1C.gif (1201 byte)




Sottolineiamo ancora una volta che L, QC e QF indicano i valori assoluti del lavoro e del calore scambiato dal fluido termodinamico con l'ambiente esterno (sorgenti calde e fredde).

Nel 1765 James Watt capì che nella macchina di Newcomen c'era in problema: l'elevata temperatura delle pareti del cilindro, ciò era dovuto al fatto che la maggior parte del calore si sprecava proprio nel riscaldamento delle pareti che poi dovevano essere di nuovo raffreddate quando si iniettava acqua fredda per condensare il vapore. Watt ne costruì un'altra in cui il vapore del cilindro, dopo aver spinto in su il pistone, veniva convogliato in un contenitore separato per essere condensato. Questo accorgimento, fu un piccolo e decisivo passo per lo sviluppo delle macchine termiche ed inoltre si riusciva a compiere il doppio del lavoro della macchina di Newcomen con lo stesso combustibile; tutto questo permise a Watt di arricchirsi vendendo le sue macchine ai proprietari delle miniere. E' certo che la scoperta di Watt non si esaurì così facilmente infatti più tardi, nel 1781, brevettò i primi modelli per trasformare il moto alternativo dello stantuffo nel moto rotatorio di un albero. Da questo punto la strada si divise per dar luogo da un lato all'invenzione di Trevithick Un antico treno e dall'altro, con Parson, si riuscì a costruire la prima turbina a vapore che utilizzava, appunto, il vapore per produrre direttamente un moto rotatorio.
Fino al 1940 le macchine a vapore fornivano la forza motrice alla maggior parte delle locomotive utilizzate sulle linee ferroviarie, da allora, però, la costruzione di locomotive a vapore fu sospesa e i veicoli esistenti ritirati per cedere i binari a locomotive diesel che avevano un rendimento maggiore, una produttività più elevata dato che non richiedeva le fermate per il rifornimento d'acqua e di carbone.

La necessità del commercio, del trasporto indusse a creare locomotive sempre migliori a compiere più lavoro, a compiere più chilometri, ed è dalla necessità del commercio, dello scambio che nasce il viaggio, la ricerca di ciò che non si possiede, la ricerca di nuovi orizzonti e nuove terre, la ricerca di altri limiti

Il veloce scambio di merci, la paradossale vicinanza che si andava creando tra due città lontane, ed il concetto di 'lontano' si ridimensionarono lentamente,paesi prima separati da giornate di viaggio a cavallo si avvicinano


NASCITA ED INVENZIONE DEL MOTORE A SCOPPIO

I motori a combustione interna, sono anche definiti motori termici, nei quali la combustione avviene internamente. Il motore è una macchina atta ad assorbire  l'energia di una sorgente ed a trasformarla in lavoro meccanico. Generalmente i motori non sono fini a se stessi, bensì agiscono su macchine operatrici le quali eseguono lavorazioni utili all'uomo.

Una classificazione viene fatta in base anche al movimento dell'organo principale il motore quindi può essere:

Rotativo ( detti anche motori a fluido )

Alternativo ( motore a scoppio )

barsanti.jpgIl motore a scoppio è un motore di tipo alternativo quindi volumetrico poichè il ciclo termodinamico avviene in un volume definito detto CILINRATA.

Text Box: BarsantiText Box: Matteuccimatteucci.jpgNel 1854 Eugenio Barsanti e Felice Matteucci ( fisico ) brevettarono e costruirono il primo motore a combustione interna che abbia mai funzionato. Fin dal 1851 tra i due studiosi inizia una collaborazione professionale nel campo tecnico scientifico. Le prime esperienze furono eseguite con un cilindro in ghisa munito di stantuffo e di valvole che permise di studiare gli effetti del miscuglio detonante di ossigeno e idrogeno, aria e idrogeno, aria e gas luce. Questi esperimenti servirono anche a capire, oltre al comportamento dello stantuffo, il problema dell'espulsione dei gas di scarico prodotti dalla combustione. L'accensione della miscela avveniva o con scintilla elettrica o piccola fiammella di gas, soluzione quest'ultima presto abbandonata a favore della prima. Da tali esperimenti dedussero che la forza prodotta dalla rapida combustione  dava una forte spinta allo stantuffo, che non arrivava però alla fine della corsa se non in due casi:

  Carica di gas molto elevata

barsanti matteucci.jpg   Stantuffo il più possibile libero durante la corsa di andata

Text Box: motore Barsanti-MatteucciSuccessivamente, nel 1860,il francese Lenoir costruì il primo motore a combustione interna che ebbe applicazioni industriali. Era un motore detto a doppio effetto cioè con distribuzione a cassetto  in cui la miscela , costituita da aria e gas illuminante, veniva aspirata dal pistone( all’interno della camera di combustione ) per circa metà corsa, successivamente, si accendeva una scintilla elettrica la quale incendiava il combustibile che a sua volta spingeva lo stantuffo per la seconda metà della corsa compiendo così un giro utile. Il suo rendimento era del 4% e ciò rese notevole la diffusione di tale motore.  

Nel 1866 i tedeschi E. Langen e A. Otto costruirono un motore verticale a stantuffo libero, analogo a quello di Barsanti e Matteucci, ma alquanto differente per alcuni accessori come lo speciale innesto tra l’albero motore ed il rocchetto il quale controllava il movimento dello stantuffo.

Questo motore Sostituì ben presto il motore inventato da Lenoir per il minor consumo di combustibile ed un rendimento pari al 12% nonostante le enormi dimensioni di ingombro e le violente vibrazioni che trasmetteva alle strutture di sostegno. Nel 1860 il francese Beau de Rochas ideò il il ciclo a quattro tempi  secondo il quale in quattro corse del pistone, all’interno del cilindro si dovevano effettuare le seguenti operazioni:



1° corsa: aspirazione della miscela

2° corsa: compressione

-3° corsa: accensione al punto morto e successiva espansione dei prodotti di combustione   (scoppio)      

   4°corsa: scarico dei gas combusti

Tale ciclo  di funzionamento è ancora oggi usato nei motori a quattro tempi. Nel 1877 il tedesco A. Otto costruì il primo motore a quattro tempi che ebbe un notevole successo, segnalando l’inizio della moderna costruzione industriale dei motori a combustione interna. Successivamente, nel 1879, l’inglese D. Clerk ideò e costruì il primo motore in cui venne realizzato il ciclo a due tempi, così detto perché si svolge in due sole corse del pistone. Quasi al termine della corsa motrice, il pistone, scopre una serie di feritoie praticate sulla superficie del cilindro attraverso le quali si scarica la maggior parte dei gas combusti prima che il pistone arrivi al punto morto inferiore. Nel frattempo, da altre  feritoie,  entra nel cilindro un getto di miscela che, prendendo il posto dei gas combusti residui, effettua il lavaggio del pistone e riempie il cilindro che così è pronto per compiere un nuovo ciclo.

Text Box:          motrice Piapia.jpgSuccessivamente, nel 1882 , il Prof. Enrico Bernardi, anticipò di ben due mesi a Karl Benz e Gottlied Dailmer l'invenzione del motore a scoppio che sfruttava come combustibile la benzina, un derivato del petrolio. La ' Motrice Pia ', dal nome della figlia del Bernardi, è l'anello di congiunzione tra le macchine a vapore( esotermiche )ed i motori a scoppio( endotermici ) ove, letteralmente, il fuoco è portato nel cilindro motore per ottenere la trasformazione del calore in lavoro. Il motore di Bernardi è un motore alternativo di tipo atmosferico in quanto non è prevista la fase di compressione e funziona a ciclo Etienne Lenoir a due tempi. Le tre fasi di aspirazione, scoppio e scarico vengono effettuate in due corse del pistone, in un solo giro dell'albero a manovella. La distribuzione avviene con valvole a cassetto, come nelle locomobili a vapore (da qui la parentela) e accensione a fiamma viva. La 'motrice Pia' venne usata per azionare macchine da cucire e piccole operatrici e, cosa molto importante, per motorizzare il triciclo giocattolo del figlio Lauro nell'anno 1884. E' il primo veicolo semovente al mondo con motore a benzina. Il motore 'Lauro' è il più  vicino alla realizzazione pratica del ciclo termico a volume costante con elevato rendimento e contenuto consumo di benzina, paragonabile a quello dei motori odierni.

Text Box: DieselDiesel.jpg Con il passare degli anni, Rudolf Diesel, nel tentativo di evitare e superare i problemi di accensione del motore a combustione interna, brevettò nel 1893 un suo motore nel quale l' accensione, invece che determinata da una scintilla, veniva provocata aumentandone la pressione .Per prima cosa Diesel dovette eliminare la benzina e passare a combustibili meno volatili e più facilmente accendibili come i distillati più pesanti del petrolio ( oggi chiamati gasolio ), gli oli vegetali ( compreso quello di oliva ) e, infine, la polvere di carbone. Anzi, fu proprio quest'ultima che gli permise di costruire e far funzionare il suo motore, poiché all'epoca non erano disponibili pompe di iniezione capaci di polverizzare i combustibili liquidi che, per poter bruciare uniformemente, dovevano essere Text Box:      motore Dieselpolverizzati in maniera fine. Con la polvere di carbone, invece, Diesel impiegò in sistema pneumatico, una specie di pompa per bicicletta, che soffiava all'interno del cilindro una nuvola di carbone già finemente polverizzato. Ovviamente il rapporto di compressione  dovette salire fino al punto di provocare, nell'aria,  una temperatura ed un pressione tali da innestare la combustione spontanea. Rudolf Diesel non sapeva di avere inventato il motore che, in seguito, sarebbe diventato un campione di economia, grazie al suo elevato rapporto di compressione. Non sapeva neppure che Bosch, avrebbe inventato, nel 1927, una pompa meccanica per poter iniettare un combustibile liquido, il gasolio, e trasformare il diesel da motore pesante e lento, atto solo per navi e locomotive, a propulsore principe per i veicoli industriali. Diesel, da questo motore, ottenne un rendimento 24% e rese possibili le più importanti applicazioni di motori a combustione interna della tecnica moderna. Non immaginava neppure che, dopo 107 anni dal suo brevetto, il diesel si sarebbe affermato in campo automobilistico al punto di poter effettuare il sorpasso sul motore a benzina.

Mot_Diesel.jpgFUNZIONAMENTO DI UN MOTORE

motore.jpg
I motori termici sono i motori più utilizzati sulle macchine. Il loro funzionamento è controllato, il principio semplice e l'autonomia di tali motori è almeno per ora superiore ai motori elettrici. Ecco dunque come funzionano:

Un motore è generalmente costituito da 4 pistoni che salgono e scendono nel loro rispettivo cilindro. La biella collega il pistone all'albero motore per permettere il movimento rotatorio. L'albero motore è comune ai 4 pistoni e permette di trasmettere il movimento rotatorio al cambio e quindi alle ruote motrici.


Text Box: spaccato di un motore endotermico


CONCATENAMENTO DELLE FASI

In un motore 4 cilindri 4 tempi ogni pistone in un dato istante, è spostato di mezzo giro rispetto al pistone accanto. Mentre il primo è in fase d'aspirazione, il secondo è in compressione, il terzo in fase di scoppio ed il quarto infine in fase di scarico.

Ogni pistone garantisce la rotazione di mezzo giro dell'albero ed occorrono 2 rotazioni per avere un ciclo completo.

Il movimento rotatorio così ottenuto permette di fare avanzare l'automobile ma anche di comandare l'albero a camme. L'albero a camme comanda le valvole di aspirazione e di scarico. Queste valvole permettono di lasciare entrare l'aria necessaria alla combustione (ed eventualmente il combustibile) ed anche lasciarlo defluire verso il tubo di scappamento, dopo la combustione.
Il resto del tempo, le valvole sono chiuse per garantire la tenuta del cilindro in occasione dello scoppio.


MOTORE DIESEL


Il motore diesel (o gasolio) è alimentato da un combustibile particolare: non si infiamma per mezzo di una scintilla ma mescolato all'aria, ad alta pressione (ed una temperatura minima).
È un motore 4 tempi poiché 4 fasi fa necessarie per permettere di fare 2 giri.
Occorrono dunque 4 insiemi pistone-cilindro per permettere al motore di girare rotondo.
Questi insiemi sono spostati di 180° (2x360° diviso per 4).

4_ciclo_motore_diesel.gif

ASPIRAZIONE :Il pistone scende e la valvola d'aspirazione si apre. L'aria fresca entra nel cilindro. Per il momento non c'è combustibile.

L'albero motore compie mezzo giro.


COMPRESSIONE:La valvola d'aspirazione si chiude ed il pistone risale.


L'aria viene compressa e si surriscalda fortemente. Quando il pistone raggiunge 9/10 della sua corsa circa, si inietta una quantità definita di combustibile (ad una pressione di 400 atmosfere per un motore diesel classico, 1350 atmosfere per un motore ad iniezione diretta).


SCOPPIO : Le valvole sono chiuse. L'aria ed il combustibile contenuti nel cilindro sono sotto pressione. La temperatura (da 400 a 600°C) è abbastanza elevata perché questa miscela esploda in modo da creare una sovrappressione che spinge il pistone verso il basso (e fa girare l'albero motore).


SCARICO : Infine, la valvola di scarico si apre ed il pistone risalendo fa fuoriuscire l'aria che è viene espulsa verso il tubo di scappamento.

MOTORE BENZINA


Contrariamente al gasolio, la benzina è un combustibile che si infiamma al contatto di una scintilla. La difficoltà in un motore è di sincronizzare correttamente la scintilla. L'ordine d'accensione più diffuso in un motore benzina è 1-3-4-2. FORD tuttavia ha utilizzato (in passato) un ordine diverso: 1-2-4-3.

5_ciclo_motore_benzina.gifASPIRAZIONE : come sul motore diesel, la fase d'aspirazione permette all'aria di entrare, tuttavia, la benzina è iniettata contemporaneamente.

ll cilindro si riempie della miscela aria/benzina.


COMPRESSIONE : il pistone risale e comprime l'aria poiché le due valvole sono chiuse. La compressione non è troppo forte poiché altrimenti la miscela potrebbe esplodere prima, cosa che potrebbe rovinare il motore. In realtà, la benzina contiene un prodotto che ritarda il punto d'accensione.


SCOPPIO : le valvole sono chiuse. Una scintilla viene quindi prodotta, la miscela esplode e crea una sovrappressione che spinge il pistone verso il basso (e fa girare l'albero motore). La temperatura istantanea dei gas può raggiungere dai 2000 ai 3000°C.


SCARICO : il pistone risale e la valvola di scarico si apre, l'aria viene espulsa verso il tubo di scappamento.


MOTORE ELETTRICO

Motore in corrente continua

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.Il motore in corrente continua (brevemente motore in CC) è stato il primo motore elettrico realizzato, ed è tuttora utilizzato ampiamente per piccole e grandi potenze, inoltre tale motore può funzionare da dinamo. Sono a corrente continua (o comunque alimentabili in corrente continua) numerosi motori di piccola potenza per usi domestici, come anche motori per trazione ferroviaria e marina della potenza di molte centinaia di kW




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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.

faraday_motore.jpgfaraday_1.gifCenni storici

Text Box: principio del motore di FaradayUno dei primi motori elettromagnetici rotanti, se non il primo, è stato inventato da Michael Faraday nel , 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




Motore CC a magneti permanenti

Motore a spazzole

Il classico motore in corrente continua ha una parte che gira detta appunto rotore o anche armatura 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 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.

La coppia generata è proporzionale alla corrente. Il controllo più semplice agisce sulla tensione di alimentazione. Nei sistemi più complessi si usa un Controllo automatico in retroazione che legge le variabili per generare la tensione da applicare al motore. Il motore CC a magneti permanenti ha un comportamento reversibile: diventa un generatore di corrente continua se si collega un altro motore all'albero. Si può allora prelevare l'energia elettrica prodotta collegandosi alle spazzole.

Il suo limite principale è nella necessità del commutatore a spazzole:

  • spazzole.jpgLe spazzole sono in grafite, mentre nei piccoli servomotori e nei tipi utilizzati nei lettori CD/DVD o registratori a cassette sono in lega metallica bianca.
  • Text Box: motore a spazzoleLa differenza è nella frequenza della loro sostituzione, infatti nelle macchine utensili come smerigliatrici o trapani, si utilizzano spazzole in grafite, perché è molto semplice e veloce sostituirle, le spazzole in metallo, sono usate su apparecchi dove risulta scomodo o non conveniente cambiarle, come nei motori d'avviamento dei mezzi di trasporto.

  • 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, comunque i motori usati negli aspirapolvere e negli elettroutensili portatili (trapani, mole, ect.) possono raggiungere i 35000-45000 giri al minuto.

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, causate da isteresi magnetica e correnti parassite nel nucleo stesso, 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; per piccole potenze (da 1 a 200W) e servocontrolli a volte si usano particolari tipi di motori con rotore con avvolgimenti a forma di bicchiere e privo del nucleo di ferro, detti 'ironless': hanno bassa inerzia e rendimento elettrico più elevato dei loro corrispondenti con rotore avvolto su nucleo di ferro.

Motore brushless

I problemi illustrati si potrebbero evitare scambiando 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). Essi permettono inoltre di ridurre ulteriormente le dimensioni del rotore (e quindi le sue inerzie) usando materiali magnetici più efficienti come le leghe di samario cobalto. In questi motori il circuito di alimentazione deve essere più sofisticato, dato che le funzioni del collettore meccanico sono svolte tramite un controllo elettronico di potenza.

motorino2.jpgMotore CC con statore a filo avvolto

Text Box:       statore a filo avvoltoNei motori CC lo statore può essere realizzato non con magneti permanenti ma, similmente al rotore, con avvolgimenti su materiale ad alta permeabilità in cui viene fatta scorrere della corrente: questo circuito è detto di eccitazione. In questo modo si possono avere potenze maggiori (ma si dovrà spendere più energia anche per alimentare questo nuovo circuito). Si possono avere vari casi nell'alimentazione del circuito di statore:

  • motore ad eccitazione indipendente: l'avvolgimento di statore è alimentato in maniera indipendente da quello di rotore. Si ha allora più flessibilità nel controllo dei parametri (coppia e velocità) del motore.

  • motore ad eccitazione in parallelo: statore e rotore sono   collegati in parallelo (coppia maggiore, minore velocità)

  • motore ad eccitazione in serie: statore e rotore sono collegati in serie (coppia inferiore e asintotica allo zero con l'aumentare del regime, maggiore velocità, definito anche come motore in fuga).

Si possono avere anche situazioni intermedie utilizzate in passato soprattutto nella trazione elettrica (dove è richiesta molta coppia allo spunto e maggiore velocità a regime).

Il motore con statore a filo avvolto può essere alimentato sia in corrente continua che in alternata, e per questo motivo è chiamato anche motore universale; di fatto, nella maggior parte delle applicazioni, questo tipo di motore è alimentato in corrente alternata. La disponibilità a costi contenuti di dispositivi elettronici (come circuiti integrati ponti raddrizzatori, dispositivi di potenza a semiconduttore, ecc.), alcune applicazioni che in passato sarebbero state realizzate con motori universali ora vengono sviluppate con motori CC con magneti permanenti, permettendo ad esempio un controllo della velocità più preciso e rendimento elettrico maggiore (nei piccoli motori la potenza spesa per l'eccitazione è spesso rilevante, mentre diviene percentualmente esigua nei grandi motori).

Text Box:               motore passo-passo300px-Motori_passo-passo.jpgMotore passo-passo

I motori passo-passo, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare. Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio.

Le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione. Di conseguenza, per far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta, è necessario contare il numero di impulsi inviati ed impostarne la frequenza.

Il motore, che appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all'albero, permanentemente magnetizzate, una come NORD e l'altra come SUD. Tra le due ruote è presente uno sfasamento esattamente pari ad 1/2 del passo dei denti: il dente di una delle due sezioni corrisponde quindi alla valle dell'altra. Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa.

Lo statore presenta piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore. O meglio, sono esattamente affacciati al rotore solo un gruppo di denti ogni quattro; gli altri sono sfalsati di 1/4, 1/2 e 3/4 del passo dei denti. Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore, dei fili generano il campo magnetico quando vengono percorsi da corrente. In ogni momento, per far compiere un passo al motore, si applica corrente alla parte di statore esattamente di fronte ai denti del rotore: la forza repulsiva tra poli magnetici opposti farà spostare il rotore.


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