Motori e generatori elettrici

I motori a corrente alternata polifase sono di due tipi fondamentali: motori sincroni e motori asincroni a induzione e a commutazione.

Il motore sincrono è essenzialmente l'inverso di un alternatore trifase. Gli elettromagneti sono montati sul rotore e sono eccitati da corrente continua, mentre l'avvolgimento indotto è diviso in tre parti ed è alimentato da una corrente alternata trifase. La variazione delle tre onde di corrente genera un campo magnetico di reazione che fa ruotare gli induttori a una velocità determinata dalla frequenza della corrente alternata di alimentazione.

Il più semplice di tutti i motori elettrici è un particolare tipo di motore trifase asincrono. Nel rotore manca l'avvolgimento, le cui funzioni sono svolte da grossi conduttori disposti in cerchio intorno all'albero, a costituire una sorta di gabbia. La corrente trifase, che affluisce nell'avvolgimento dello statore, genera un campo magnetico rotante che induce una corrente nei conduttori della gabbia. L'interazione fra il campo rotante e i conduttori percorsi da corrente mette in rotazione il rotore. Se quest'ultimo ruota alla stessa velocità del campo magnetico non si ha corrente indotta. Durante il funzionamento perciò la velocità di rotazione del rotore e quella del campo magnetico devono differire di una piccola quantità, compresa tra il 2% e il 5%: tale differenza è nota come scorrimento.

I motori alternati possono anche essere alimentati da una corrente monofase, se il circuito è dotato di opportuni adattatori, realizzati con varie combinazioni di induttanza e capacità che modificano le caratteristiche della corrente monofase rendendola simile alla bifase. Si ottengono così motori a sfasamento, o a condensatore ecc., a seconda della combinazione utilizzata.

I motori a eccitamento in serie con commutatore, alimentati a corrente continua o alternata, sono chiamati motori universali: sono in genere caratterizzati da piccole dimensioni e sono di uso comune negli elettrodomestici.

In casi particolari si usano macchine elettriche combinate di vario tipo, che permettono di passare dalla corrente continua a quella alternata (o viceversa), di cambiare la tensione di un alimentatore a corrente continua, o di variare la frequenza o la fase di un generatore a corrente alternata.

In tali casi si fa uso un motogeneratore, un gruppo formato da un motore, alimentato dal tipo di corrente disponibile, che aziona un generatore elettrico capace di produrre la corrente e la tensione richieste. I motogeneratori possono essere di vario tipo: uno è il convertitore rotante, una macchina in cui un unico rotore porta due avvolgimenti separati e trasforma la corrente da alternata a continua; la corrente alternata di alimentazione viene applicata al rotore mediante un collettore ad anello e la corrente continua viene erogata da un commutatore separato. Un altro tipo di motogeneratore è il dinamotore, dotato di avvolgimenti separati su rotore unico, solitamente impiegato per trasformare una corrente continua a bassa tensione in corrente continua ad alta tensione.

Per trasmettere a distanza una coppia o un moto meccanico elettricamente si usa una coppia di macchine costituita da un trasmettitore e un ripetitore, comunemente entrambi indicati come 'ripetitori'. Il tipo più comune è il ripetitore ad albero elettrico (noto anche come synchro), in cui sia il trasmettitore sia il ripetitore sono costituiti da un rotore e da uno statore con avvolgimenti disposti a 120°, come negli alternatori trifase. Gli avvolgimenti di un rotore sono collegati in parallelo con i corrispondenti avvolgimenti dell'altro, mentre gli avvolgimenti degli statori sono collegati in parallelo con una sorgente esterna di corrente alternata. Quando i rotori sono nella stessa posizione rispetto agli statori, le correnti indotte nei rotori sono identiche e si annullano reciprocamente, ma se uno dei rotori viene spostato si crea uno squilibrio che genera nell'altro una corrente indotta. Per effetto di questa corrente, il secondo rotore risente di una forza, e si sposta fino a raggiungere la stessa posizione relativa del primo. I ripetitori trovano largo impiego negli strumenti di controllo o di indicazione a distanza, dove non risulti pratico o sia impossibile un collegamento meccanico.

Macchine a corrente continua come le amplidine e i rototrol, caratterizzate da due o più avvolgimenti di eccitazione, possono essere usate come amplificatori di potenza. Una piccola variazione nella potenza fornita a un avvolgimento di eccitazione provoca una molto più ampia variazione nella potenza erogata dalla macchina. Queste macchine, note come amplificatori elettrodinamici, sono spesso impiegate nei servomeccanismi e in altri sistemi di controllo.