In questo nuovo articolo analizziamo le curve di coppia e potenza in un motore elettrico al variare del numero di giri. Molti di voi saranno sorpresi da quanto scopriranno nella lettura!
Il motore elettrico è una macchina reversibile
Come spiegato in un precedente articolo, quando ai capi elettrici di un motore è applicata una tensione, nel motore elettrico scorre una corrente che genera una coppia motrice e lo mette in rotazione.
La rotazione del motore crea contemporaneamente un effetto dinamo, che genera una corrente opposta a quella di alimentazione e riduce la corrente complessiva.
Ruolo dell'effetto dinamo durante il funzionamento
Che cosa avviene quando colleghiamo il motore ad una batteria?
Nell’arco di funzionamento del motore è possibile individuare tre fasi ben distinte in base al tempo di osservazione. Le chiamiamo T(0), T(x) e Tmax.
T(0): al tempo 0 (zero) e con il motore fermo, la tensione della batteria genera una corrente che crea una coppia; il motore è pronto per entrare in rotazione e poichè l'effetto dinamo è assente (il motore è ancora fermo), la corrente I corrisponde alla corrente massima Imax.
T(x): al tempo generico x, il motore si trova ad un numero di giri generico RPMx; essendo in rotazione è presente l'effetto dinamo, che riduce la corrente ad un valore I(x)<Imax. Sappiamo che la corrente genera una coppia motrice nel motore, quindi il numero di giri continua ad aumentare per effetto della corrente I(x).
Tmax: il processo descritto al punto precedente ha un termine, perchè ad un certo numero di giri la corrente prodotta dall'effetto dinamo equilibra la corrente di alimentazione e la corrente complessiva si annulla. E’ raggiunto il regime massimo RPMmax.
Relazione tra corrente assorbita e numero di giri
Può sembrare assurdo, ma abbiamo appena scoperto che il motore elettrico presenta il massimo assorbimento di corrente allo spunto, cioè all’avvio, e in teoria nessun assorbimento al massimo regime di rotazione RPMmax.
In realtà, un piccolo assorbimento di corrente rimane a causa dell'attrito delle spazzole (se presenti), dei cuscinetti e dell'aria presente tra lo statore e il rotore. E’ vero però che il motore elettrico presenta il minimo assorbimento di corrente al massimo numero di giri.
Relazione tra coppia motrice e numero di giri
La coppia del motore T (Torque) è direttamente proporzionale alla corrente assorbita, pertanto la coppia T presenta lo stesso andamento della corrente I: T è massima all’inizio (giri 0) e nulla al massimo regime di rotazione RPMmax.
Erogazione della coppia T in funzione dei giri motore RPM
Relazione tra potenza erogata e numero di giri
Infine, la potenza P (Power) erogata dal motore è proporzionale al prodotto tra la coppia motrice T e il numero di giri RPM.
Agli estremi del grafico abbiamo che:
Tmax quando RPM=0: il prodotto è nullo >>> P=0
RPMmax quando T=0: il prodotto è nullo >>> P=0
Erogazione della potenza P in funzione dei giri motore RPM
La Potenza è nulla agli estremi e raggiunge il massimo valore a metà del regime di rotazione, con un andamento simmetrico del grafico.