Tipi di eccitazione del motore a corrente continua


Tipi di eccitazione del motore a corrente continua

I modi con cui si collega l’avvolgimento di eccitazione a quello d’indotto determinano un diverso comportamento del motore a corrente continua. I principali sono:
eccitazione indipendente, in derivazione (shunt), in serie ed eccitazione composta.

Eccitazione indipendente e in derivazione (shunt)

A tensione dei morsetti costante, il motore con eccitazione in derivazione è equivalente al motore con eccitazione indipendente: in entrambi i casi il flusso magnetico può essere assunto pressoché costante (\Phi \approx \text{cost}).

Schema collegamento in derivazione (motore CC)
Figura 1 – Eccitazione in derivazione (shunt)

C = k_1\,\Phi\,I_a \qquad (\Phi \approx \text{cost}\ \Rightarrow\ C \propto I_a)

n \approx \frac{V_a - I_a R_a}{K\,\Phi} \Rightarrow n \approx \frac{V_a}{K\Phi} - \frac{R_a}{K k_1 \Phi^2}\,C \quad (\text{decrescente lineare con } C)

Caratteristica elettromeccanica coppia-corrente per shunt/indipendente
Figura 2 – Caratteristica elettromeccanica (C vs Ia) per eccitazione indipendente o in derivazione
Caratteristica meccanica n-C per shunt/indipendente
Figura 3 – Caratteristica meccanica (n vs C): andamento quasi rigido (leggera pendenza)

Impieghi tipici quando serve velocità praticamente costante al variare del carico: macchine utensili, pompe, ventilatori, nastri con regolazione fine.

Eccitazione in serie

Schema collegamento in serie (motore CC)
Figura 4 – Eccitazione in serie

Con avvolgimento di eccitazione in serie all’indotto, la stessa corrente attraversa entrambi i circuiti. Trascurando la caduta su R_a si ha
V_a \approx E = K\,\Phi\,n.
Prima della saturazione magnetica vale
\Phi \approx k_v\,I_a, da cui:

I_a\,n \approx \frac{V_a}{K k_v} = \text{cost} \qquad \Rightarrow\ n \propto \frac{1}{I_a}

C = k_1\,\Phi\,I_a \approx (k_1 k_v)\, I_a^2 \quad \text{(pre-saturazione)}

Quando il ferro satura, l’incremento di \Phi con la corrente rallenta:
\Phi \to \Phi_{\max};
la caratteristica di coppia tende a diventare quasi lineare in I_a e l’iperbole I_a n=\text{cost} non vale più rigorosamente.

Caratteristica n-Ia iperbolica per motore in serie (pre-saturazione)
Figura 5 – n vs Ia (pre-saturazione: iperbole Ia·n ≈ cost)
Caratteristica C-Ia per motore in serie (quadratica ai bassi Ia)
Figura 6 – C vs Ia (quadratica ai bassi Ia, quasi lineare in saturazione)

Proprietà di spicco: coppia di spunto molto elevata e calo di velocità marcato all’aumento del carico. Impieghi: sollevamento, trazione, carichi gravosi allo spunto.

Eccitazione composta

Schema eccitazione composta (shunt + serie)
Figura 8 – Eccitazione composta

Combina una bobina shunt e una serie:
\Phi = \Phi_{\text{shunt}} \pm \Phi_{\text{serie}} .
In configurazione cumulativa (segni concordi) si sommano i flussi:
coppia di spunto migliore del solo shunt ma con regolazione più rigida del solo serie. In configurazione differenziale (segni opposti) si ottiene regolazione molto rigida ma minore coppia di avviamento.
Impieghi tipici: impianti con carichi variabili e richieste di coppia allo spunto (es. laminatoi, presse con volani, trance).


Tipi di eccitazione del motore a corrente continua

I modi con cui si collega l’avvolgimento di eccitazione a quello d’indotto determinano un diverso comportamento del motore a corrente continua. I principali sono:
eccitazione indipendente, in derivazione (shunt), in serie ed eccitazione composta.

Eccitazione indipendente e in derivazione (shunt)

A tensione dei morsetti costante, il motore con eccitazione in derivazione è equivalente al motore con eccitazione indipendente: in entrambi i casi il flusso magnetico può essere assunto pressoché costante
(\Phi \approx \text{cost}).

Schema collegamento in derivazione (motore CC)
Figura 1 – Eccitazione in derivazione (shunt)

C = k_1\,\Phi\,I_a \qquad (\Phi \approx \text{cost}\ \Rightarrow\ C \propto I_a)

n \approx \frac{V_a - I_a R_a}{K\,\Phi} \Rightarrow n \approx \frac{V_a}{K\Phi} - \frac{R_a}{K k_1 \Phi^2}\,C \quad (\text{decrescente lineare con } C)

Caratteristica elettromeccanica coppia-corrente per shunt/indipendente
Figura 2 – Caratteristica elettromeccanica (C vs Ia) per eccitazione indipendente o in derivazione
Caratteristica meccanica n-C per shunt/indipendente
Figura 3 – Caratteristica meccanica (n vs C): andamento quasi rigido (leggera pendenza)

Impieghi tipici quando serve velocità praticamente costante al variare del carico: macchine utensili, pompe, ventilatori, nastri con regolazione fine.

Eccitazione in serie

Schema collegamento in serie (motore CC)
Figura 4 – Eccitazione in serie

Con avvolgimento di eccitazione in serie all’indotto, la stessa corrente attraversa entrambi i circuiti. Trascurando la caduta su R_a si ha
V_a \approx E = K\,\Phi\,n.
Prima della saturazione magnetica vale
\Phi \approx k_v\,I_a, da cui:

I_a\,n \approx \frac{V_a}{K k_v} = \text{cost} \qquad \Rightarrow\ n \propto \frac{1}{I_a}

C = k_1\,\Phi\,I_a \approx (k_1 k_v)\, I_a^2 \quad \text{(pre-saturazione)}

Quando il ferro satura, l’incremento di \Phi con la corrente rallenta:
\Phi \to \Phi_{\max};
la caratteristica di coppia tende a diventare quasi lineare in I_a e l’iperbole I_a n=\text{cost} non vale più rigorosamente.

Caratteristica n-Ia iperbolica per motore in serie (pre-saturazione)
Figura 5 – n vs Ia (pre-saturazione: iperbole Ia·n ≈ cost)
Caratteristica C-Ia per motore in serie (quadratica ai bassi Ia)
Figura 6 – C vs Ia (quadratica ai bassi Ia, quasi lineare in saturazione)

Proprietà di spicco: coppia di spunto molto elevata e calo di velocità marcato all’aumento del carico. Impieghi: sollevamento, trazione, carichi gravosi allo spunto.

Eccitazione composta

Schema eccitazione composta (shunt + serie)
Figura 8 – Eccitazione composta

Combina una bobina shunt e una serie:
\Phi = \Phi_{\text{shunt}} \pm \Phi_{\text{serie}} .
In configurazione cumulativa (segni concordi) si sommano i flussi:
coppia di spunto migliore del solo shunt ma con regolazione più rigida del solo serie. In configurazione differenziale (segni opposti) si ottiene regolazione molto rigida ma minore coppia di avviamento.
Impieghi tipici: impianti con carichi variabili e richieste di coppia allo spunto (es. laminatoi, presse con volani, trance).

Riepilogo formule chiave

  • C = k_1\,\Phi\,I_a
  • Shunt/Indipendente: \Phi \approx \text{cost} \Rightarrow C \propto I_a
  • Shunt/Indipendente: n \approx \frac{V_a}{K\Phi} - \frac{R_a}{K k_1 \Phi^2}\,C \ (\text{quasi lineare})
  • Serie (pre-saturazione): \Phi \approx k_v I_a \Rightarrow I_a\,n \approx \text{cost}
  • Serie (pre-saturazione): C \approx (k_1 k_v)\, I_a^2 \ (\text{coppia di spunto elevata})
  • Composta: \Phi = \Phi_{\text{shunt}} \pm \Phi_{\text{serie}}

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