IL MOTORE ELETTRICO.

Presentazione sul tema: "IL MOTORE ELETTRICO."— Transcript della presentazione:

1 IL MOTORE ELETTRICO

2 Cenni storici: L'idea di utilizzare le azioni elettrodinamiche per produrre lavoro meccanico risale alla prima metà dell'Ottocento; tuttavia per incontrare un motore elettrico efficiente bisogna arrivare agli anni , durante i quali Pacinotti costruì la 'macchina elettromagnetica' che poteva funzionare anche come generatore di corrente continua. Fu però il belga Gramme a sfruttare industrialmente l'idea e a costruire negli anni numerose dinamo di dimensioni commerciali (Macchina rotante, a induzione, per convertire energia meccanica in energia elettrica a corrente continua). Tuttavia le macchine così costruite erano ancora caratterizzate da bassi rendimenti. Fu così di importanza decisiva l'invenzione del motore asincrono, dovuta a G. Ferraris (1885), il quale non si occupò però di sfruttare né di brevettare l'invenzione. Proprio in quegli anni Tesla ( ), presentò alcuni brevetti riguardante questo nuovo motore elettrico. Ma fu Westinghouse, presso la cui ditta Tesla lavorava, che si interessò a questo progetto e costruì il motore sfruttando industrialmente il brevetto; nel 1892 fu realizzato il primo motore Westinghouse su scala commerciale.

3 Il motore elettrico funziona mediante una sorgente di corrente continua, come ad esempio una pila o una batteria di pile.

4 I dispositivi che colleghiamo alla presa di corrente domestica (sorgente di corrente alternata) hanno al loro interno dei trasformatori per abbassarne il voltaggio, e un raddrizzatore per trasformarla in corrente continua.

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6 Breve parentesi sulla differenza tra corrente alternata: …
Nel caso della corrente alternata (AC acronimo anglosassone) l'intensità, ossia il suo valore, varia nel tempo ed ha un andamento sinusoidale , come quello rappresentato nell'immagine. In termini matematici la variazione nel tempo segue l'andamento della funzione trigonometrica sen α, dove α è un angolo che aumenta con continuità nel tempo. Per alcuni istanti il valore dalla corrente diventa negativo. Ma questo in pratica cosa significa? Semplicemente che in quegli istanti il flusso delle cariche elettriche si inverte. In teoria potrebbe sembrare difficile produrre un onda di questo tipo, ma è proprio la forma d'onda che si genera spontaneamente facendo ruotare un magnete in una spira, meccanismo alla base della generazione di tensione (o differenza di potenziale) e quindi di corrente.

7 …E corrente continua: In un sistema a corrente continua (DC acronimo anglosassone) si ha un flusso costante di cariche elettriche attraverso un conduttore, che circolano sempre nello stesso verso. Il circuito più semplice è formato da un generatore ed un carico, per esempio una pila ed una lampadina collegati da due conduttori. Su un grafico l'andamento dell'intensità di corrente in funzione del tempo è costante, ed è rappresentato quindi da una retta.

8 All’interno del motore sono presenti tre componenti fondamentali: un involucro o armatura, contenente delle calamite; un rotore o parte rotante, attorno alla quale sono avvolte numerose bobine di filo conduttore; e le spazzole, cui andrà collegata la sorgente di differenza di potenziale e che sfiorano il rotore. Le calamite dell’armatura sono poste di modo che una di esse rivolga il proprio polo NN verso il rotore, mentre l’altra il polo SS. L’ albero, i cuscinetti ed collettore sono i componenti che mantengono unita la struttura del motore elettrico.

9 Durante la rotazione i Collettori strisciano su due contatti fissi: le spazzole. Collegando le spazzole ad una pila, esse fanno scorrere corrente elettrica nel rotore, la quale passerà attraverso le bobine. Secondo la legge di Biot-Savart, un filo percorso da corrente genera un campo magnetico: la bobina posta sul rotore quindi si trasformerà in un vero e proprio magnete. Per le leggi di base del magnetismo, poli concordi si respingono, mentre poli discordi si attraggono: la bobina di fronte alle calamite dell’armatura verrà dunque respinta, imprimendo una rotazione al rotore. Rotazione del rotore

10 Dopo una parziale rotazione del rotore, le spazzole sfiorano i propri contatti in parti inverse, facendo scorrere la corrente attraverso le bobine nel verso opposto: il campo magnetico presente nella bobina quindi invertirà i propri poli. Ma questo è necessario per mantenere la rotazione: se la polarità non cambiasse, la bobina non verrebbe respinta dall’armatura (anzi, ne verrebbe attratta), e il processo si arresterebbe. … Abbiamo così trasformato energia elettrica (corrente) in energia meccanica (rotazione).

11 Riassumendo in breve: Il principio del funzionamento del motore elettrico è molto semplice. Una bobina percorsa da corrente è fissata perpendicolarmente ad un perno creato da un magnete. Il momento torcente che agisce sulla bobina pone in rotazione il perno che genera un movimento rotatorio che verrà trasferito ad un elemento mobile come ad esempio un’ elica. I collettori e le spazzole hanno lo scopo di invertire ogni mezzo giro il verso della corrente che scorre nella bobina e permette il mantenimento della rotazione.

12 Cos’è, però, questo momento torcente?
Supponiamo di voler svitare un bullone: sappiamo per istinto che  facciamo meno sforzo per svitarlo se esercitiamo una forza presso l’estremità della chiave inglese. In generale, facciamo meno sforzo se esercitiamo una forza il più lontano possibile dal fulcro intorno al quale ruota l’oggetto. Risulta perciò utile definire una nuova grandezza chiamata momento torcente, che coniughi l’intensità della forza F e la distanza dal fulcro (o asse di rotazione). Se diminuiamo l’intensità della forza, avremo un momento torcente minore, mentre, se vogliamo mantenere il momento torcente costante mentre applichiamo una forza più vicina al fulcro, dovremo aumentare l’intensità di quest’ultima.

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14 LA MACCHINA ELETTRICA Un’automobile elettrica è dotata di una batteria, di un caricabatteria da collegarsi a una presa di corrente e di un motore elettrico, cuore dell'auto. L’energia delle batterie viene resa conforme al tipo di propulsore. Un dispositivo chiamato inverter trasforma la corrente da continua in alternata. Il motore converte l’energia elettrica fornita dalla batteria in energia meccanica disponibile all’asse per muovere l’automobile; il conducente non deve far altro che accendere l’auto, selezionare il senso di marcia con un apposito interruttore e premere il pedale dell’acceleratore. Per quanto riguarda il sistema di trasmissione, i costruttori impiegano le soluzioni più disparate al fine di ottimizzare le prestazioni del veicolo elettrico, anche se l’impiego di un propulsore elettrico permette anche di adottare le soluzioni di un’auto con motore tradizionale. La retromarcia si può ottenere invertendo il verso dell’elettricità circolante nel motore. Si cambia così il senso di rotazione del propulsore e quindi del riduttore,il quale a sua volta inverte quello delle ruote.

15 PRO: Pulizia: le auto elettriche non hanno emissioni di CO2 né di altri elementi nocivi. Infatti sono totalmente prive di tubi di scarico. Silenziosità: il motore elettrico funziona senza rumore e senza vibrazioni, per una sensazione di guida unica e confortevole. Sostenibilità: una vettura a batterie può essere ricaricata attraverso pannelli solari, ottenendo il massimo della sostenibilità energetica possibile. Affidabilità: il motore elettrico, avendo pochissime parti in movimento, è meno soggetto a rotture ed usura, riducendo di molto il costo di manutenzione. Risparmio: l’energia elettrica costa molto meno rispetto ai carburanti tradizionali. A parità di distanza percorsa, quindi, si spende molto meno.

16 CONTRO: Dall’altro lato ci sono alcune evidenti difficoltà nell’utilizzo quotidiano delle auto elettriche. Non solo la poca autonomia di molti modelli. Ecco una breve lista: Poche stazioni di ricarica: oggi sono ancora molto pochi i punti in cui è possibile fermarsi per ricaricare la propria vettura a batterie. Scarsi incentivi: le auto elettriche e le batterie sono spesso molto costose. In Italia gli incentivi all’acquisto o al noleggio di veicoli ad emissioni zero sono ancora molto bassi. Lunghi tempi di ricarica: se non si dispone di una centralina di ricarica speciale, ci possono volere molte ore per ricaricare le batterie di un’auto elettrica. Provenienza dell’energia: l’energia elettrica utilizzata per alimentare le vetture potrebbe essere prodotta con metodi più inquinanti dell’uso di un’auto tradizionale. Poca autonomia: la maggior parte delle batterie utilizzate sulle auto elettriche consentono di viaggiare per pochi km prima di dover essere ricaricate.

17 Buono studio