In breve: Le macchine elettriche trasformano energia da una forma all'altra. Le loro prestazioni si misurano con rendimento, potenza e perdite.
Cosa sono le macchine elettriche
Una macchina elettrica è un dispositivo che converte energia. Alcune trasformano energia elettrica in meccanica, come i motori. Altre fanno il percorso opposto, come i generatori.
Esistono anche macchine che trasformano energia elettrica in altra energia elettrica. È il caso dei trasformatori, che cambiano la tensione.
Nei mezzi di trasporto incontriamo spesso queste macchine. Il motorino di avviamento dell'auto è un motore elettrico. L'alternatore della stessa auto è invece un generatore.
Come si analizzano le prestazioni
Analizzare le prestazioni significa capire quanto bene lavora la macchina. Si osservano alcune grandezze importanti.
La prima è la potenza nominale, espressa in watt o kilowatt. Indica il valore di lavoro per cui la macchina è progettata. Superare questo valore può causare guasti o surriscaldamento.
La seconda è il rendimento, indicato con la lettera greca eta (η). Si calcola come rapporto tra potenza utile in uscita e potenza assorbita in ingresso. Un rendimento alto significa poche perdite.
Le perdite sono energia che non diventa lavoro utile. Si trasformano quasi sempre in calore. Esistono perdite nel rame, nel ferro e perdite meccaniche per attrito.
Si osservano anche fattore di potenza, coppia e velocità di rotazione. Questi dati si leggono sulla targa della macchina.
Esempi pratici
Prendiamo un motore elettrico per un carrello elevatore. Sulla targa leggiamo: potenza 5 kW, tensione 400 V, rendimento 0,85.
Se il motore assorbe 5,88 kW dalla rete, restituisce 5 kW di lavoro meccanico. La differenza, circa 0,88 kW, è persa come calore.
Un altro esempio è il trasformatore di una colonnina di ricarica. Riceve alta tensione e la abbassa per caricare la batteria. Un buon trasformatore ha rendimento superiore al 95%.
Per misurare le prestazioni in laboratorio si usano wattmetri, amperometri e voltmetri. Si effettuano prove a vuoto e prove in cortocircuito.
Parole difficili
- Rendimento: rapporto tra energia utile prodotta ed energia totale assorbita.
- Potenza nominale: valore di lavoro indicato sulla targa della macchina.
- Perdite nel rame: energia dispersa come calore negli avvolgimenti elettrici.
- Perdite nel ferro: energia dispersa nel nucleo magnetico della macchina.
- Fattore di potenza: numero che indica quanta potenza è davvero usata.
- Coppia: forza di rotazione prodotta o ricevuta dalla macchina.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-trasporti-logistica.elettrotecnica-elettronica-e-automazione.cl3.macchine-elettriche.01