Sull'urgenza di attenuare l'inquinamento da traffico, particolarmente nei centri urbani, l'accordo delle persone e'quasi unanime. Ma le limitazioni o peggio i blocchi totati della circolazione sono palliativi che creano piu' problemi di quanti ne risolvano, ammesso che ne risolvano. Le stesse marmitte catalitiche che comunque agiscono o dovrebbero agire solo sui fumi, ma non su calore, rumore e vibrazioni, fattori anch'essi rilevanti di degrado ambientale sono di scarsa o dubbia efficacia. In Paesi dove esse sono diffusissime da molti anni, sono infatti riuscite, si e no, a evitare che l'inquinamento aumentasse, ma non a ridurlo.
Per esempio, nella citt� di Torino quando la giunta Comunale ha bloccato il traffico delle auto non catalizzate, � stato accertato un leggero abbassamento del tasso di inquinamento. Infatti, con la campagna rottamazione delle auto, l'80% sono ormai catalizzate e ci� dimostra che quest'ultime non contribuiscono a ridurre lo scarico di sostanze inquinanti.
A cio' si aggiunge che:
a) che le benzine senza piombo, per i veicoli catalizzati, sono nocive per il loro contenuto in benzene e idrocarburi aromatici, noti come potenti cancerogeni;
b) che in Italia esse sono usate largamente anche su veicoli non catalizzati, cosa che aumenta il danno e costituisce inoltre evasione fiscale;
c) che le benzine con piombo sono ormai quasi altrettanto cancerogene, oltre che velenose;
d) che anche i motori termici intrinsecamente piu' "puliti", come quelli a gasolio, a GPL e a metano, producono pur sempre gli ossidi di carbonio e di azoto, anch'essi nocivi.
Nel mondo progredito si guarda alla propulsione elettrica come unica soluzione radicale del problema; anche se, sul versante industriale, a sperare che essa assuma un ruolo di rilievo nei trasporti su strada sono in genere piccoli o medi imprenditori, che vi vedono nuovi settori di attivita' per le loro aziende. E' infatti inutile nascondersi che la posizione delle grandi Case dell'auto, tranne solo le due francesi, e' quanto meno di resistenza passiva. Quanto alle Compagnie Petrolifere, la loro contrarieta' e' tanto ovvia che non conviene parlarne. In molti Paesi, comunque, sono i pubblici poteri a sollecitare quella svolta produttiva, e con risultati gia' di qualche rilevanza. In Francia, per esempio, nel 1994 sono stati venduti 1750 veicoli elettrici; e alle precedenti facilitazioni ora si sono aggiunti un premio di 5.000 franchi a ogni acquirente di un veicolo elettrico e uno di 10.000 al costruttore, nella prospettiva di averne 100.000 circolanti entro il 2000. In Svizzera, circolano gia' oltre 2000 veicoli elettrici leggeri ed e' in corso l'esperimento di collocarne 400 entro il 2000 a Mendrisio comune ticinese da 10.000 abitanti offrendoveli a meta' prezzo grazie a consistenti contributi pubblici. Cio' per poter sperimentare con 10 anni di anticipo una densita' di veicoli elettrici dell'8%, prevista nell'intera Confederazione per il 2010. Le Poste tedesche e svedesi stanno sperimentando, per la consegna della corrispondenza, 60 furgoni elettrici, col programma di metterne in esercizio circa 35.000. Questo per citare solo pochi esempi.
In Italia, si vendono poche decine di veicoli elettrici all'anno, ce ne sono poche centinaia circolanti (in proporzione alla Svizzera, dovrebbero essercene 20.000) e la ricerca procede a un ritmo molto inferiore a quanto sarebbe necessario. Ne' puo' essere diversamente. La piu' recente e sola facilitazione per i veicoli elettrici, l'esenzione dal "bollo" per cinque anni, fu infatti deliberata nel 1953, ed e' quindi anche sconosciuta ai piu'. E tutti gli articoli del nuovo Codice della Strada relativi a veicoli elettrici sono tutt'ora inoperanti perche' ignorati dal Regolamento di Attuazione. Quanto agli incentivi, in ambito nazionale ci risultano solo i 210 miliardi sborsati dallo Stato, di fronte alla minaccia di chiusura dell'Alfa Romeo di Arese, per avviare l'attivita' produttiva anche di veicoli elettrici. Un incentivo di per se' imponente. Peccato che il relativo "Protocollo di intenti" (1� marzo 1994) condizioni l'avvio della produzione al "raggiungimento di adeguati volumi di domanda"; peccato che la domanda non ci sia perche' mai seriamente stimolata; e peccato che comunque non si sappia che valore dare al termine "adeguati". Della possibilita' che quell'accordo porti nel breve periodo a una produzione significativa di veicoli elettrici e' lecito quindi dubitare. Invece e' certo che con tutti quei miliardi si sarebbero potute finanziare cinque o sei iniziative come quella svizzera di Mendrisio o la ricerca e sperimentazione sulla propulsione elettrica in moltissime aziende e Universita'; anziche' favorire ancora una volta con risorse pubbliche una sola azienda multinazionale gia' monopolista industriale dell'auto in Italia alla quale non mancano certo fondi propri ne', comunque, ampie possibilita' di trovare credito sul mercato dei capitali.
Il rischio a cui ci espone l'attuale nostra sostanziale inerzia e' la dipendenza, anche in questo settore, da tecnologie e prodotti esteri. Gia' ora, ad esempio, fra le ditte piu' note in ambito mondiale per le loro ricerche su sistemi innovativi di accumulo dell'energia, nessuna e' italiana. Nonostante in Italia disponiamo di sicure potenzialita', tanto e' vero che i record della velocit� (303 km/h) per veicoli elettrici appartengono ad un'auto italiana, alimentata da batterie italiane di normale produzione.
E' del resto poco noto, ma purtroppo vero, che la nostra bilancia tecnologica e' da decenni in passivo, perche' come "produzione" di brevetti siamo all'ultimo posto fra i maggiori Paesi industriali. Un pesante danno economico, per di piu' umiliante.
Al fine di rimontare lo svantaggio almeno nel settore della propulsione elettrica, riteniamo che il suo impiego sia da promuovere non solo su terraferma ne' solo su strada. La ricerca scientifica e tecnologica e' infatti un sistema di vasi comunicanti e il progresso ottenuto in un settore ricade spesso su altri, talora diversissimi.
C'e' chi obietta che l'energia con cui alimentare i mezzi elettrici verrebbe comunque prodotta con sistemi inquinanti. Ma, a parte che cio' non sempre e' vero, i fumi di una centrale termica si possono depurare e tenere sotto controllo molto piu' efficacemente di quelli delle migliaia di mezzi di trasporto termici che essa potrebbe alimentare se fossero elettrici. C'e' anche chi teme che una larga diffusione delle propulsione elettrica farebbe aumentare troppo i consumi di elettricita'. Ma, a parte che essa farebbe in compenso diminuire il consumo dei carburanti, e in misura piu' che proporzionale, la ricarica dei mezzi elettrici avverrebbe in genere di notte, quando c'e' eccedenza di elettricita'; tanto che oggi la si cede a basso prezzo o la si spreca. La diffusione della propulsione elettrica avrebbe percio' l'effetto, certo positivo, di una piu' razionale distribuzione dei consumi elettrici nell'arco delle 24 ore.
Inoltre, i mezzi di trasporto elettrici consumano meno energia di quelli termici, ma soprattutto ne richiedono molto meno per essere costruiti (la cosiddetta "energia grigia") e per essere gestiti. Essi sono infatti molto piu' semplici, meno soggetti a guasti e piu' longevi.
Riteniamo percio' che la propulsione elettrica sia materia abbinabile a quella delle energie rinnovabili e "pulite", anche in sede applicativa (per esempio, con flotte di veicoli elettrici, riforniti prevalentemente da fonti "pulite") e che il progresso sia da promuovere parallelamente nei due campi. Non per caso il grande sviluppo delle tecnologie solari in atto in Svizzera e' stato innescato, dieci e piu' anni fa, anche da alcuni ecologisti, che si erano imposti non solo di usare veicoli elettrici, ma anche di alimentarli con energia di origine fotovoltaica.
In occasione del 16� Congresso del Consiglio Mondiale dell'Energia, tenutosi a Tokio nell'ottobre 1995, per quanto riguarda le previsioni, e' stato ipotizzato che, indipendentemente dai vincoli ambientali e in assenza del ricorso alle energie rinnovabili e al nucleare, una forte carenza di disponibilita' energetica potrebbe verificarsi a partire dal 2025; e che essa potrebbe aumentare fino a raggiungere, nel 2035, un deficit pari a oltre la meta' del consumo mondiale attuale.
In presenza di queste prospettive, certo non remote, noi dipendiamo dall'estero per i quattro quinti del nostro fabbisogno di energia; e nel confronto con i nostri partners europei siamo ultimi sia come "indipendenza energetica" che come "indipendenza elettrica", con il 16 e con il 20 per cento. Ma il nostro svantaggio si rivela abissale se si pensa che penultimo nell'energia col 23 % e' il Belgio, che pero' ha il 101% di indipendenza elettrica, e penultima nell'elettricita', col 58%, e' l'Olanda, che pero' ha il 96% di indipendenza energetica.
Cos� paghiamo 2223.000 miliardi all'anno di "bolletta energetica" e la nostra liberta' d'azione in politica estera verso i Paesi dai quali riceviamo vitali trasfusioni di energia ne risulta compromessa. In altre e piu' crude parole, siamo ricattabili. A parte quindi la "questione nucleare", che non e' in discussione qui, riteniamo imperdonabile aver lasciato che si creasse una situazione tanto disastrosa, senza aver promosso il piu' possibile almeno lo sfruttamento delle energie "pulite" di cui disponiamo. Tanto piu' che non le trascurano Paesi molto avanzati, che hanno una parte importante del loro fabbisogno coperta da energia nucleare. La Germania per esempio, che ha molto meno sole di noi, investe l'equivalente di 120 miliardi di lire all'anno nello sviluppo del solare, specie mediante i "tetti fotovoltaici" collegati alla rete elettrica. Ne ha gia' 2250, di proprieta' privata (ma finanziati fino al 70% con fondi pubblici) per una potenza di circa 7 Mega Watt. E altri 700 impianti simili, per una potenza di oltre 4 Mega Watt, funzionano gia' nella piccola Svizzera.
Marzo 1997 -
Novembre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Ottobre 1996 -
Negli azionamenti per la movimentazione automatica, i motori a corrente continua sono del tipo ad eccitazione indipendente; quelli a corrente alternata possono essere suddivisi in due categorie: motori sincroni e motori asincroni.
I motori a corrente continua e quelli sincroni vengono ulteriormente suddivisi a seconda che il flusso sia ottenuto da un opportuno circuito di eccitazione oppure sia impresso per mezzo di magneti permanenti. Si hanno pertanto motori in corrente continua a magneti permanenti e motori sincroni senza circuito di eccitazione e relativo collettore. Per tale motivo sono comunemente indicati come motori brushless. Nella movimentazione automatica vengono impiegati anche motori in cui la coppia motrice prende origine da una variazione della riluttanza del circuito magnetico durante la rotazione. Tali motori possono essere del tipo a passo, sincroni, commutati. Una particolare categoria è costituita dai motori a isteresi, che all'avviamento si comportano come motori asincroni e durante il funzionamento come motori sincroni.
Per rendere più evidenti le differenze costruttive fra i vari tipi di motori, nella Fig.1 sono riportate in maniera schematica le sezioni trasversali per i motori più diffusi.
Nella Fig.2 sono evidenziati i vantaggi, gli svantaggi, la diffusione attuale, quella prevista nei prossimi anni nonché le sostituzioni consigliate per i motori elettrici più diffusamente impiegati negli azionamenti.
I motori elettrici sono realizzati secondo due differenti modalità. A parità di potenza meccanica resa disponibile all'asse, quelli di tipo convenzionale forniscono una bassa coppia motrice ad una elevata velocità di rotazione dell'asse mentre quelli innovativi, detti più comunemente motori di coppia, forniscono una elevata coppia motrice a bassa velocitàdi rotazione.
I motori di coppia possono essere in corrente continua a magneti permanenti o sincroni brushless. In entrambe i casi la maggiore entità della coppia motrice disponibile all'asse è ottenuta aumentando il numero delle coppie polari e di conseguenza le dimensioni trasversali del rotore. Rispetto ai motori convenzionali quelli di coppia, a parità di potenza disponibile all'asse, hanno dimensioni longitudinali ridotte, come posto in evidenza nella Fig.3 ove sono riportate anche le caratteristiche statiche coppia - velocità.
Quando per la movimentazione del carico è richiesta una elevata velocità di rotazione ed una bassa coppia motrice, i motori di tipo convenzionale sono pienamente idonei allo scopo ed in alcune applicazioni possono essere collegati direttamente al carico. Viceversa, quando è necessario ottenere una elevata coppia di carico a bassa velocità di rotazione due sono le soluzioni tecnicamente possibili: o impiegare un motore di coppia oppure utilizzare un motore convenzionale collegato al carico tramite un riduttore. Quest'ultima possibilità è tanto meno conveniente quanto più elevata è la dinamica del carico, dal momento che l'energia assorbita dall'alimentazione per ottenere il comportamento dinamico desiderato viene utilizzata quasi esclusivamente per la movimentazione del motore.
TIPO DI MOTORE | VANTAGGI | SVANTAGGI | IMPIEGO ATTUALE | IMPIEGO FUTURO | SOSTITUZIONI CONSIGLIATE | |
F L U S S O I M P R E S S O |
CORRENTE CONTINUA eccitazione indipendente | Avviamento da rete; Facile da controllare in velocità e in coppia; Basso costo | Commutatore a lamelle; Disturbi elettromagnetici | medio | in diminuzione | Asincrono alimentato da inverter |
CORRENTE CONTINUA magneti permanenti | Avviamento da rete; Facile da controllare in coppia | Commutatore a lamelle; Disturbi elettromagnetici | molto diffuso | in aumento | Brushless; Brushless a commutazione naturale | |
SINCRONO eccitazione indipendente | Controllo ottimizzato in coppia e in corrente; Compatto; Robusto | Necessita di collettore; Avviamento da convertitore | poco diffuso | in diminuzione | Brushless a commutazione naturale | |
BRUSHLESS | Facile controllo in coppia; Senza collettore; Rendimento buono | Alimentazione da convertitore; Sensore di posizione potenza max 20 kw | molto diffuso | in aumento | Brushless a commutazione naturale | |
BRUSHLESS commutazione naturale | Facile controllo in velocità; Senza collettore; Senza sensore di posizione | Alimentazione da convertitore; Sensore di posizione; Limitata escursione della velocità; Potenza max 20 kw | poco diffuso | in aumento | ||
F L U S S O I N D O T T O |
ASINCRONO monofase | Avviamento da rete; Basso costo | Basso rendimento; Difficile da controllare in velocità Potenza max 1 kw | poco diffuso | in diminuzione | Brushless; Asincrono trifase |
ASINCRONO trifase | Avviamento da rete; Basso costo | Rendimento mediocre; Velocità dipendente dalla coppia di carico; Degrado prestazioni nella alimentazione da inverter | molto diffuso | in diminuzione | Brushless; Asincrono per inverter | |
ASINCRONO trifase per inverter | Avviamento da rete; Ottimizzato per alimentazione da inverter; Rendimento elevato | Velocità dipendente dalla coppia di carico | poco diffuso | in aumento | ||
UNIVERSALE | Avviamento da rete; Coppia di spunto elevata | Rendimento scadente; Commutatore a lamelle | molto diffuso | in diminuzione | Brushless; Asincrono trifase | |
R I L U T T A N Z A V A R I A B I L E |
A PASSO | Facile controllo della posizione; Senza commutatore; Basso costo; Robusto | Alimentazione da convertitore dedicato; Potenza max 100 W; Basso rapporto peso-potenza | molto diffuso | stazionario | |
SINCRONO a riluttanza | Senza commutatore; Basso costo; Robusto | Alimentazione da convertitore dedicato; Potenza max 10 kw; Basso fattore di potenza | poco diffuso | stazionario | brushless | |
COMMUTATO a riluttanza | Senza commutatore; Facile da controllare in posizione e velocità; Robusto | Alimentazione da convertitore dedicato; Sensore di posizione | poco diffuso | stazionario | brushless; Brushless a commutazione naturale | |
ISTERESI | Avviamento da rete; Sincrono con la frequenza di alimentazione; Senza commutatore; Robusto | Basso rendimento; Basso fattore di potenza; Potenza max 1 kw | poco diffuso | in diminuzione |
MODALITÀ DI CONTROLLO DI UN MOTORE ELETTRICO IMPIEGATO IN UN AZIONAMENTO
Fino a quando un azionamento è considerato dal punto di
vista funzionale come un generatore di coppia non è necessario
prendere in considerazione né il tipo di motore,
né il tipo di convertitore che alimenta il motore e tanto
meno la modalità di alimentazione del motore per ottenere l'andamento
desiderato della velocità o della coppia motrice. Quando invece occorre
valutare le prestazioni è necessario fare riferimento alle modalità secondo
cui il dispositivo di controllo dell'azionamento agisce sulle grandezze che
determinano il valore della coppia o della velocità.
A tale scopo è opportuno tenere presente che un motore elettrico trasforma,
con elevato rendimento, l'energia elettrica in energia meccanica. La potenza
meccanica disponibile all'asse è caratterizzata dai valori della coppia
motrice e della velocità di rotazione. La coppia motrice può essere dovuta
alla interazione del flusso al traferro con la corrente che percorre gli
avvolgimenti oppure alla variazione della riluttanza con la posizione angolare
reciproca fra statore e rotore. La velocità di rotazione nominale, o di
targa, dipende invece dalle caratteristiche costruttive del motore e dalle
modalità di alimentazione. In alcuni tipi di motore si impone il valore del
flusso tramite il circuito di eccitazione o tramite magneti permanenti; tale
flusso al traferro, che determina il valore della coppia motrice, non coincide
con quello impresso dall'esterno a causa della interazione fra i circuiti elettrici
e i circuiti magnetici. La suddetta interazione, detta comunemente reazione di indotto,
è più rilevante nei motori a corrente continua e nei motori
asincroni mentre nei motori brushless è meno accentuata.
Attraverso i valori istantanei della tensione o della corrente di alimentazione
si può in definitiva variare, in modo diretto o indiretto, il valore
della coppia motrice. Le varie modalità di controllo del motore elettrico
di un azionamento corrispondono ai diversi approcci attraverso cui il
valore della coppia motrice e della velocità può essere modificato.
Nei motori a flusso impresso e in quelli a flusso indotto sono presenti circuiti
elettrici e circuiti magnetici. Il comportamento dei primi è fortemente influenzato
dal valore della forza elettromotrice indotta, che è proporzionale al prodotto
tra la velocità di rotazione dell'asse del motore e il flusso al traferro, oltre che
dal comportamento dei circuiti magnetici. Prescindendo dalle particolarità costruttive,
cui possono essere modificate sia la coppia motrice che la
velocità di rotazione in relazione alle esigenze della movimentazione, emerge che la velocità di rotazione dipende dalla coppia motrice e che
per modificare il valore della coppia stessa occorre agire sul valore istantaneo
del flusso o sul valore della corrente.