Control Tower - September 1998

Sembra che molti principianti abbiano problemi a capire i sistemi di motorizzazione elettrica. Se siete confusi su come lavorano i motori elettrici allora seguitemi nel discorso in cui presenterò un modello semplificato di un motore elettrico. Perchè semplificato? Perchè il mondo reale è dannatamente complesso, ecco perchè! Inoltre non c'è bisogno di capire e preoccuparsi di ogni piccola perdita e attrito se tutto ciò che ci interessa è afferrare i concetti base.

Immaginiamoci un semplice motore elettrico che chiameremo Motore Ideale. Lo chiameremo "ideale" perchè ha caratteristiche semplicissime e un rendimento del 100%. Il nostro motore ha una sola caratteristica: per ogni volt applicato il motore girerà esattamente a 1000 giri/minuto (RPM). A 5 volts il motore girerà a 5000 RPM, a 25 volt a 25000 RPM. Il numero di giri sviluppato sarà sempre uguale ai volt applicati moltiplicati per la costante 1000.

Relazione tra volt e RPM per il Motore Ideale
Volts	RPM
1 volt	1000 RPM
2 volts	2000 RPM
3 volts	3000 RPM
4 volts	4000 RPM
...e così via...

Adesso abbiamo bisogno di una fonte di energia per il nostro motore. Immaginiamo una Cella Ideale per fare il paio con il nostro motore ideale. Per ora la nostra Cella Ideale è definita da una sola caratteristica: la tensione in volt che essa produce. Dato che amo le cose semplici scegliamo un voltaggio facile da comprendere per la nostra Cella Ideale. Ogni Cella Ideale produce esattamente 1 volt.

Ora possiamo formare pacchi di batterie ideali e attaccarle al nostro motore ideale. Vediamo cosa può succedere:

Relazione tra Numero di celle e RPM per il Motore Ideale
Celle	RPM
1	1000 RPM
2	2000 RPM
3	3000 RPM
4	4000 RPM
...e così via...

Gli osservatori attenti avranno notato che la tabella quì sopra assomiglia molto alla prima tabella. Il nostro Motore Ideale e la Cella Ideale ci rendono la vita realmente facile, non è vero? Possiamo quasi usare la parola "cella" al posto di "volt" grazie ai valori che abbiamo scelto. Naturalmente il mondo reale non è così semplice, ma non è neanche completamente differente dal nostro mondo Ideale. Teniamolo fisso in mente mentre procediamo.

La relazione tra volt (celle) e RPM per il nostro impianto ideale funziona altrettanto bene nell'altro senso. Così se misuro che il Motore Ideale gira a 4000 RPM posso scommettere il mio dolce che la tensione è esattamente di 4 volt. Ciò significa a sua volta che si stanno usando 4 celle. Semplice fin qui.

Ma, potreste obiettare che il nostro motore sta girando felice ma non fa nulla! Dobbiamo attaccare qualcosa al suo albero per fargli muovere dell'aria. bene mettiamo un elica al nostro motore e osserviamo cosa accade alla sua velocità di rotazione. Meglio, mettiamo due eliche differenti e vediamo che succede al variare del numero di celle.

Se siete veramente dei novizi per il modo R/C allora bisogna che sappiate come si distinguono le eliche. Ogni elica ha un diametro e un passo. Assumo che sappiate cos'è il "diametro", ma la parola "passo" può essere oscura. Il "passo" è la distanza che l'elica percorrerebbe in un giro in fluido perfetto. Più è alto il passo, più sono angolate le pale e più strada l'elica farebbe per ogni giro. Le eliche con passo lungo sono di solito utilizzate per modelli veloci, quelle con passo piccolo per modelli lenti. In USA e, per consuetudine, anche in gran parte del mondo, passo e diametro sono specificati in pollici. Prendiamo due eliche per il nostro esempio. Una avrà diametro 5 pollici e passo 5 pollici, la chiameremo 5x5. L'altra avrà diametro 12 pollici e passo 8 pollici e la chiameremo 12x8.

Relazione tra Numero di celle e RPM per il Motore Ideale e due differenti eliche
Celle	Elica	RPM
1	5x5	1000 RPM
2	5x5	2000 RPM
3	5x5	3000 RPM
4	5x5	4000 RPM
...e così via...
1	12x8	1000 RPM
2	12x8	2000 RPM
3	12x8	3000 RPM
4	12x8	4000 RPM
...e così via...

Nulla della tabella sopra dovrebbe sorprendervi perchè il nostro Motore Ideale gira sempre a 1000 RPM per ogni volt applicato indipedentemente dal carico sull'albero. Questo è un punto cruciale e la sua analogia nel mondo reale è uno degli ostacoli maggiori per i principianti nella comprensione della motorizzazione elettrica.

Naturalmente dobbiamo anche capire che ci vuole molta più energia a far girare a 4000 RPM una 12x8 che una 5x5. Evidentemente manca qualcosa al nostro modello semplificato, altrimenti tutti quei pylon racers con lo Speed 400 monterebbero eliche 18x18...

In effetti, la cosa che non abbiamo considerato è chiamata "corrente". La corrente è l'altra metà (la prima è la tensione in volt) dell'equazione dell'energia. Purtroppo non possiamo procedere senza introdurre qualche formula nel discorso. garantisco che non lo avrei fatto se non fosse stato realmente necessario ma è una formula semplice che non dovrebbe essere un problema per nessuno.

Questa formula è la formula più importante che incontrerete e un giorno potrebbe salvarvi la vita. Ok, qui sto esagerando, ma questi articoli sono veramente noiosi senza una licenza poetica ogni tanto. Il fatto è, però, che io uso questa formula in qualche modo quasi ogni giorno.

La formula definisce l'energia come il prodotto di Volt e Ampere. Vedete, i volt sono solo una parte dell'equazione dell'energia. Senza Ampere non c'è affatto energia.

La parola "Watt" è giusto un modo di dire "energia" o "potenza". Nel tempo i watt possono compiere lavoro.

Mettiamo i Watt al lavoro ora. Ricordate la tabella che mostrava il Motore Ideale con diverso numero di celle e due eliche differenti? Ricordate come il numero di giri dipendesse solo da quanti volt si applicavano al motore anche se occorreva più sforzo a far girare l'elica grande che quella piccola? Facciamoci indicare dai Watt quanto sforzo occorre.

Quantità di energia necessaria per due eliche diverse
	5x5	12x8
1000 RPM	1 watt	10 watts
2000 RPM	4 watts	40 watts
3000 RPM	10 watts	100 watts
4000 RPM	25 watts	250 watts
Notare che sono valori di esempio!

I valori indicati non sono reali. Sto solo usando semplici valori (che rispecchiano la realtà solo in pochi specifici casi) per evidenziare un concetto. E il concetto è che ci vuole molta più potenza (energia) a far girare a 4000 RPM un'elica 12x8 che una 5x5. Ancora occorre più del doppio della potenza per raddoppiare il numero di giri (RPM) della stessa elica.

Dato che ora sappiamo come esprimere l'energia (watt = volt x ampere) possiamo esaminare un esempio della nostra tabella e vediamo che succede con il nostro Motore Ideale. Concentriamoci sulla riga che mostra che sono necessari 100 watt per far girare una 12x8 a 3000 RPM. Poichè sappiamo che i watt sono il prodotto di volt e ampere significa che avremo bisogno di una combinazione come le seguenti:

Così possiamo ottenere 100 watt in molti modi diversi. Peraltro il nostro motore è costruito in modo da darci esattamente 1000 RPM per volt indipendentemente da altre condizioni. Poichè cerchiamo di spingere la nostra elica a 3000 RPM, ciò significa che dobbiamo necessariamente usare 3 volt. E, inoltre, il nostro motore deve assorbire 33 ampere dalle nostre Celle Ideali. Non c'è via di scampo, per girare a 3000 RPM il nostro motore deve avere 3 celle e deve assorbire 33 ampere perchè ci vogliono 100 watt per riuscirci con quell'elica.

Relazione tra Numero di celle e RPM per il Motore Ideale e due differenti eliche
Celle	Corrente	Elica	RPM	Potenza
1	1	5x5	1000	1 watt
2	2	5x5	2000	4 watt
3	3	5x5	3000	10 watt
4	6	5x5	4000	25 watt
Celle	Corrente	Elica	RPM	Potenza
1	10	12x8	1000	10 watt
2	20	12x8	2000	40 watt
3	33	12x8	3000	100 watt
4	63	12x8	4000	250 watt

Basta per questa volta. Continuiamo con la seconda discussione. Man mano che andremo avanti aggiungeremo effetti del "mondo reale" fino ad avere una completa comprensione della motorizzazione elettrica.