Cos'è un commutatore in un motore elettrico?

🚗 Tipi di Motori Elettrici

Fig. 1 Tipi di Motori Elettrici

I motori elettrici sono dispositivi che trasformano energia elettrica in movimento meccanico. Esistono tre tipi principali:

• Motori CC (Corrente Continua): Utilizzano un commutatore per mantenere la rotazione unidirezionale cambiando la direzione della corrente.
• Motori CA (Corrente Alternata): Alimentati da corrente alternata, senza la necessità di un commutatore meccanico.
• Motori CC Senza Spazzole (BLDC): Si basano sulla commutazione elettronica utilizzando sensori invece di commutatori meccanici.
• Motore Sincrono: Uno dei tipi di motori a corrente alternata.
• Motore Asincrono: Uno dei tipi di motori a corrente alternata.
• Motori CC a Spazzole (BDC): Uno dei tipi di motori a corrente continua.
  

👉 Questo articolo si concentra sui motori DC, dove il commutatore svolge un ruolo critico nell'operazione.

⚙️ Come Funziona un Commutatore?

Foto 2 Couples di torsione in un campo magnetico

Il braccio di leva per il momento prodotto sull'armatura varia con l'angolo della bobina (cos α). Pertanto, quando la bobina è perpendicolare (verticale) al campo magnetico del stator, non si genera alcun momento. Per questo motivo i motori CC hanno più bobine.
Fonte immagine: Georgia State University

Un commutatore è un anello di rame diviso collegato al rotore (anche chiamato armatura) di un motore elettrico CC. Lavora insieme a pennelli in carbonio che forniscono corrente al rotore.

Principio di funzionamento:

1.Quando scorre una corrente attraverso una bobina, si genera un momento (forza torsionale) nel campo magnetico.
2.Mentre la bobina ruota, se la direzione della corrente rimane invariata, la direzione della forza elettromagnetica cambierà, causando l'arresto o l'inversione del motore.
3.Il commutatore cambia automaticamente la direzione della corrente una volta ogni 180° di rotazione, mantenendo la coppia nella stessa direzione.

In breve, il commutatore accende e spegne le bobine per controllare la direzione in cui puntano i campi elettromagnetici.

Componenti principali di un motore a corrente continua

- Un'immagine. 3 Struttura di base di un motore a corrente continua

Credito immagine: electrical4u.com

🧠 Intuizione chiave: Il commutatore e i pennelli formano un sistema di contatto che garantisce che la forza elettromagnetica punti sempre nella stessa direzione, consentendo una rotazione fluida.

🔌 Cosa fa un commutatore?

• 💡 Mantieni la rotazione unidirezionale: Impedisci al motore di fermarsi o invertirsi ogni rotazione di 180°.
  
• 🔁 Inverte la corrente del bobina: Commuta la polarità nel momento esatto.
  
• 🔥 Controlla la polarità elettromagnetica: Garantisce il flusso corretto di corrente nei fili dell'armatura.

📷 Consiglio visivo: Pensa al commutatore come a un'interruttore temporizzato che inverte la corrente ogni mezzo giro, mantenendo un movimento continuo.

📈 Perché il Commutatore è Importante?

• ✅ Consente una rotazione continua: Senza di esso, il motore oscillerebbe avanti e indietro.
  
• ⚙️ Mantiene un'uscita di coppia costante: Mantien l'allineamento della forza dell'armatura con la direzione di rotazione.
  
• Previene cortocircuiti e scintille: grazie alla zona neutra in cui la tensione indotta è pari a zero.
  
• Migliora l'efficienza: i moderni commutatori utilizzano segmenti di rame di alta qualità (e una piccola quantità di argento) e spazzole al carbonio per una durabilità e un ridotto attrito.

Riassunto

Il commutatore è una parte vitale di un motore a corrente continua che commuta la direzione della corrente all'interno dell'armatura, consentendo una rotazione fluida e continua.