Guida completa ai motori elettrici industriali

Una prima distinzione in base alla frequenza della tensione di alimentazione separa i motori in corrente continua (CC) da quelli a corrente alternata (CA).

Tuttavia, una classificazione più specifica terrebbe conto anche della relazione tra la velocità di rotazione dell'asse del motore e la frequenza della tensione di alimentazione, nonché del numero di fasi dell’alimentazione, aggiungendo all’elenco diverse altre voci.

Ma per gli scopi di questa guida, l’elenco può fermarsi a tre categorie principali, per cui andiamo a vedere più da vicino cosa sono e come funzionano i motori elettrici a corrente alternata e in corrente continua, e tra questi in cosa si differenziano i motori passo-passo.

Motori a corrente alternata

I motori elettrici a corrente alternata (o alternatori) vengono alimentati e azionati dalla rete a corrente alternata.

Come per i motori a corrente continua, sono composti da una parte fissa detta statore e un’armatura metallica rotante, il rotore, e due avvolgimenti elettrici.

La linea a corrente alternata alimenta l’avvolgimento presente sullo statore con una tensione che può arrivare a diverse migliaia di volt.

Il funzionamento di questo tipo di motore si basa sulle correnti indotte per azione di un campo magnetico variabile: la corrente alternata nell’avvolgimento di statore genera un campo magnetico alternato che induce una corrente nel rotore.

La coppia di rotazione dovuta all'interazione tra il campo magnetico dello statore e le correnti indotte del rotore determina l’avviamento e quindi la rotazione del rotore.

I motori in corrente alternata sono utilizzati maggiormente nei macchinari industriali (motori elettrici per lavatrici industriali e per macchine da cucire industriali, ad esempio) e negli elettrodomestici.

Motori elettrici in corrente continua

Nei motori elettrici a corrente continua (CC) il campo magnetico generato è costante, per cui affinché si generi una coppia di rotazione è necessario che il rotore sia costruito in modo da avere un determinato angolo rispetto alle linee di forza del campo magnetico costante.

Per questo tipo di motore elettrico la distinzione principale è tra motore a spazzole (o brushed) e motore senza spazzole (o brushless).

Sul rotore dei motori elettrici a spazzole sono alloggiati gli avvolgimenti, mentre lo statore è costituito da magneti permanenti che generano un campo magnetico costante.

Sullo stesso albero del rotore vengono montate delle lamelle in rame (spazzole) che sono a contatto, e quindi in collegamento elettrico, con gli avvolgimenti del rotore.

I campi di applicazione dei motori CC a spazzole o brushed spaziano dal settore automobilistico, ai dispositivi medicali, ai negozi di vendita automatica e ai sistemi di videosorveglianza.

Neimotori elettrici brushless il principio di funzionamento è lo stesso dei motori brushed, ma gli avvolgimenti alimentati si trovano sullo statore, mentre sul rotore sono fissati i magneti permanenti.

Questa tipologia non ha, quindi, componenti con contatti striscianti che generano attrito, per cui i motori brushless sono più robusti e affidabili, hanno una durata superiore e costi in genere inferiori.

I motori elettrici in corrente continua brushless vengono usati in tutte quelle applicazioni che necessitano di movimenti precisi e veloci. Per esempio in macchine automatiche, in robotica, in macchine per imballaggio e confezionamento e nelle macchine medicali.

Motori passo passo

I motori passo-passo, fanno parte della famiglia dei motori CC senza spazzole o brushless, e sono motori in cui la rotazione dell’albero motore varia in funzione degli impulsi elettrici negli avvolgimenti; l’angolo di rotazione minimo del motore tra due impulsi elettrici è detto, appunto, passo.

In funzione dell’alimentazione elettrica, i motori passo-passo possono essere:

• Unipolari, quando la tensione di alimentazione negli avvolgimenti procede in un unico verso;
• Bipolari, quando la tensione di alimentazione negli avvolgimenti procede in entrambi i versi.

I motori passo-passo presentano varie risoluzioni, dal modello più semplice con un angolo di 90°/passo, fino ai motori a magneti permanenti che presentano una risoluzione di 0,72°/passo, ovvero 500 passi per angolo giro.

I motori passo-passo rappresentano la soluzione ideale per applicazioni di robotica, telescopi e servomeccanismi, ovvero tutte le applicazioni in cui la precisione nello spostamento angolare e nella velocità di rotazione riveste un’importanza fondamentale.

I servomotori sono un tipo di motore molto particolare e di solito con una potenza ridotta, che si distingue dagli altri motori per la necessità di doversi adattare ad ampie e improvvise variazioni di velocità, coppia motrice e accelerazione angolare durante il suo funzionamento.

Per tale scopo, un servomotore elettrico deve presentare un’inerzia molto bassa, una linearità marcata tra tensione e velocità e tra corrente e coppia, oltre a una rotazione uniforme e un livello elevato di tolleranza dei picchi di potenza.

Tra le applicazioni principali dei servomotori si annoverano: il controllo di posizione, l’impiego nelle macchine a controllo numerico e negli automatismi di regolazione, oltre che in alcune periferiche come le stampanti.

La protezione motori e altri componenti

I dispositivi di protezione per i motori elettrici vengono utilizzati per evitare danni e per ridurre l'incidenza di guasti interni derivanti da vibrazioni o dall'eccesso di coppia e condizioni anormali.

Alcuni esempi di dispositivi di protezione motori sono:

• L'interruttore automatico, progettato per proteggere i circuiti elettrici dei motori dai danni causati da sovracorrente, da sovraccarico o da cortocircuito;
• I filtri EMI, che vengono utilizzati per sopprimere le interferenze elettromagnetiche su un segnale o linea di alimentazione dei motori elettrici.

La protezione dei motori elettrici consente una maggiore durata dei motori e una riduzione dei tempi di inattività.

In questo articolo abbiamo approfondito le varie tipologie di motori elettrici e i principali campi di applicazione.

Visita la categoria dei motori elettrici industriali di RS per scoprire i vari modelli disponibili, gli accessori e tutte le soluzioni di protezione per il tuo motore elettrico.