Questo motore segue leggi di funzionamento lineari e per questo è più facile sfruttarne appieno le caratteristiche rispetto ai motori sincroni o asincroni.
●Composizione di un motore DC:
Lo statore è formato da una carcassa metallica e da uno o più magneti che creano un campo magnetico permanente all'interno dello statore. Nella parte posteriore dello statore si trovano i supporti delle spazzole e l'ingranaggio delle spazzole che forniscono il contatto elettrico con il rotore. Il rotore stesso è formato da una carcassa metallica che porta bobine che sono interconnesse al commutatore nella parte posteriore del rotore. Il commutatore e il gruppo spazzole selezionano quindi la bobina attraverso la quale passa la corrente elettrica nella direzione opposta.
Principio di funzionamentoQualunque sia la complessità degli avvolgimenti della bobina del rotore, una volta energizzati, possono essere rappresentati sotto forma di un cilindro ferromagnetico con un solenoide avvolto attorno ad esso.
Il filo del solenoide è in pratica il fascio di fili che si trova in ciascuna scanalatura del rotore. Il rotore, quando eccitato, agisce quindi come un elettromagnete, il campo magnetico segue l'asse che separa i fili del solenoide nella direzione della corrente che li attraversa.
Il motore, quindi, è costituito da magneti permanenti fissi (lo statore), un magnete mobile (il rotore) e una carcassa metallica per concentrare il flusso (il corpo del motore).(DRW 1)
(DRW 2)Attraverso l'attrazione dei poli opposti e la repulsione dei poli uguali, una coppia agisce quindi sul rotore e lo fa girare. Questa coppia è massima quando l'asse tra i poli del rotore è perpendicolare all'asse dei poli dello statore. Le bobine del rotore vengono quindi eccitate e diseccitate in modo tale che mentre il rotore gira, l'asse di un nuovo polo del rotore è sempre perpendicolare a quello dello statore. A causa del modo in cui è disposto il commutatore, il rotore è in costante movimento, indipendentemente dalla sua posizione. La fluttuazione della coppia risultante viene ridotta aumentando il numero di segmenti del commutatore, fornendo così una rotazione più uniforme. Invertendo l'alimentazione al motore, la corrente nelle bobine del rotore, e quindi i poli nord e sud sono invertiti. La coppia che agisce sul rotore viene così invertita e il motore cambia senso di rotazione. Il motore DC è per sua natura un motore con senso di rotazione reversibile.
●Coppia e velocità di rotazione:
La coppia generata dal motore e la sua velocità di rotazione dipendono l'una dall'altra.
Questa è una caratteristica fondamentale del motore; è una relazione lineare e viene utilizzata per calcolare la velocità a vuoto e la coppia di avviamento del motore.(DRW 1)
La curva per la potenza di uscita del motore è dedotta dal grafico della coppia in funzione della velocità. (DRW 2) Le curve coppia/velocità e potenza in uscita dipendono dalla tensione di alimentazione del motore.
La tensione di alimentazione al motore presuppone il funzionamento continuo del motore a una temperatura ambiente di 20°C in condizioni operative nominali.
E' possibile alimentare il motore con una tensione diversa (normalmente compresa tra -50% e + 100% della tensione di alimentazione consigliata).Se si utilizza una tensione inferiore rispetto a quella di alimentazione consigliata il motore sarà meno potente.Se si utilizza una tensione più alta viene utilizzato, il motore avrà una potenza di uscita maggiore ma si surriscalderà (si consiglia il funzionamento intermittente).
Per variazioni della tensione di alimentazione comprese tra circa - 25% e + 50%, il nuovo grafico coppia/velocità rimarrà parallelo al precedente. La coppia di avviamento e la velocità a vuoto varieranno della stessa percentuale (n%) come la variazione della tensione di alimentazione. La potenza di uscita massima viene moltiplicata per (1 +畏%)2.
Esempio : Per un aumento del 20% della tensione di alimentazione
La coppia di avviamento aumenta del 20% ( x 1,2)
La velocità a vuoto aumenta del 20% (x 1,2)
La potenza in uscita aumenta del 44% ( x 1,44)
Coppia e corrente di alimentazione:
Questa è la seconda caratteristica importante di un motore in corrente continua. È lineare e serve per calcolare la corrente a vuoto e la corrente a rotore fermo (corrente di spunto).
Il grafico di questa relazione non varia con la tensione di alimentazione
del motore. La fine della curva viene allungata in funzione della coppia e della corrente di avviamento.
Questa costante di coppia è tale che:：C=Kc(I锛岻o) La coppia di attrito rotazionale è Kc. Io. La coppia è quindi espressa come segue :C=Kc. I锛岰f Cf=Kc. Io
Kc = Costante di coppia (Nm/A) C = Coppia (Nm)
Cd= Coppia di avviamento (Nm) Cf = Coppia di attrito rotazionale (Nm)
I = Corrente (A) Io = Corrente a vuoto (A) Id = Corrente di avviamento (A)
Il gradiente di questa curva è chiamato "costante di coppia" del motore.
●Efficienza
Il rendimento di un motore è pari alla potenza meccanica in uscita che può erogare, divisa per la potenza che assorbe. La potenza in uscita e la potenza assorbita variano in funzione della velocità di rotazione, quindi il rendimento è anche funzione della velocità del motore. Il massimo rendimento si ottiene con una data velocità di rotazione maggiore del 50% della velocità a vuoto.
●Aumento della temperatura
L'aumento di temperatura di un motore è dovuto alla differenza tra la potenza assorbita e la potenza erogata dal motore. Questa differenza è la potenza dissipata. L'aumento di temperatura è anche legato al fatto che la perdita di potenza, sotto forma di calore del motore, non viene rapidamente assorbita dall'aria ambiente (resistenza termica). La resistenza termica del motore può essere notevolmente ridotta dalla ventilazione.
●Importante
Le caratteristiche operative nominali corrispondono alle caratteristiche tensionecoppia-velocità richieste per il funzionamento continuo ad una temperatura ambiente di 20°. Al di fuori di queste condizioni operative è possibile solo un servizio intermittente: senza eccezioni, tutti i controlli relativi a condizioni operative estreme devono essere eseguiti nelle effettive condizioni applicative del cliente al fine di garantire un funzionamento sicuro.
