Macchina in corrente continua: differenze tra le versioni

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[[Immagine:Electric motor.gif|thumb|]]

La '''macchina in corrente continua''' (brevemente '''macchina in CCDC''' o macchina in DC, dall'inglese ''Direct Current'' o macchina CC) è stata la prima [[macchina elettrica]] realizzata, ed è tuttora utilizzata ampiamente per piccole e grandi [[potenza (fisica)|potenze]], da [[dinamo|generatore]] o da [[motore]]. 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 [[Watt|kW]]; le [[dinamo]] delle biciclette, che sono dei generatori, sono quindi incluse.

Tutte le macchine CCDC (a magneti permanenti e non) hanno un comportamento reversibile: possono comportarsi sia da motori che da generatori ([[dinamo]]) in relazione al rapporto esistente tra direzione di rotazione, direzione del campo magnetico induttore e direzione del campo magnetico indotto.

==Cenni storici==

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La coppia è inversamente proporzionale alla [[frequenza]] meccanica; ciò è molto utile per la trazione in quanto il massimo spunto si ha con veicolo fermo, inoltre il sistema tende da solo alla autoregolazione sulla velocità.

Inoltre da questo si può intuire la sua capacità di agire anche da freno, talvolta usato anche per il recupero dell'energia nei mezzi ibridi; nel caso più semplice collegando alle spazzole un [[resistore]], l'[[energia meccanica]] trasmessa all'albero si dissipa in calore su questo resistore.

Riassumendo si può affermare che il motore CCDC ha tutte le funzioni necessarie per un mezzo mobile: oltre alla funzione di motore può recuperare l'energia funzionando da [[dinamo]] quando serve l'azione frenante o agire semplicemente da freno.

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

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È quello che si fa nei motori ''[[Motore brushless|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]] o meglio, [[Neodimio]]/[[Ferro]]/[[Boro]]. 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.

==Macchina CCDC con statore avvolto==

[[Immagine:Torque electric motor CC.svg|thumb|Curva di coppia di 2 differenti motori elettrici universali:<br />

A) Macchina in CCDC a rotore avvolto con collegamento serie<br />

B) Macchina in CCDC a rotore avvolto con collegamento parallelo]]

Nei motori CCDC lo statore può essere realizzato non con magneti permanenti ma, similmente al rotore, con avvolgimenti su materiale ad alta [[permeabilità magnetica|permeabilità]] in cui viene fatta passare una 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:

* macchina 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) della macchina.

* macchina ad eccitazione in parallelo: statore e rotore sono collegati in [[Circuiti in serie e in parallelo|parallelo]] (coppia maggiore, minore velocità)

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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).

[[Immagine:Universalmotor 3.JPG|left|thumb|Macchina universale o Macchina CCDC con statore a filo avvolto]]

Il motore con statore avvolto di tipo serie può essere alimentato sia in [[corrente continua]] che in [[corrente alternata|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 [[Circuito integrato|circuiti integrati]], [[ponte raddrizzatore|ponti raddrizzatori]], dispositivi di potenza a [[semiconduttore]], ecc.), fa sì che 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).