Un motore a corrente continua può essere convertito in un generatore a corrente continua e questa conversione si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica, una legge fisica fondamentale che unifica i meccanismi di funzionamento di motori e generatori (Legge di Faraday e Legge di Lenz). Infatti, la maggior parte dei motori a corrente continua e dei generatori a corrente continua condivide la stessa struttura di base (ad esempio, statore, rotore, commutatore, spazzole) e la loro differenza funzionale risiede solo nella conversione dell'energia elettrica in energia meccanica (motore) o dell'energia meccanica in energia elettrica (generatore). Di seguito è riportata una ripartizione dettagliata delle condizioni di conversione, dei principi e delle considerazioni chiave:

1. Principio fondamentale: inversione della direzione di conversione dell'energia

Il funzionamento dei motori e dei generatori a corrente continua si basa sulla “reversibilità delle macchine elettromagnetiche”:

• Come motore a corrente continua: quando collegato a una fonte di alimentazione a corrente continua, il campo magnetico dello statore (da magneti permanenti o avvolgimenti di campo) interagisce con gli avvolgimenti del rotore che trasportano corrente, producendo una coppia elettromagnetica che spinge il rotore a ruotare (energia elettrica → energia meccanica).

• Come generatore di corrente continua: per convertirlo, è necessario immettere energia meccanica per far ruotare il rotore (ad esempio, tramite una turbina, un motore o una manovella). Quando gli avvolgimenti del rotore interrompono le linee di forza magnetiche provenienti dallo statore, una forza elettromotrice (fem, o "fem inversa" nei motori) viene indotta negli avvolgimenti. Il commutatore (un componente chiave) converte quindi la fem alternata negli avvolgimenti del rotore in corrente continua (CC) in uscita attraverso le spazzole, completando la conversione dell'energia meccanica in energia elettrica.

2. Condizioni chiave per la conversione

Affinché un motore a corrente continua funzioni come generatore a corrente continua, devono essere soddisfatte tre condizioni critiche (che sono anche i requisiti di base affinché qualsiasi generatore possa produrre elettricità):

(1) Campo magnetico (eccitazione dello statore)

Lo statore deve fornire un campo magnetico stabile. Questo dipende dal progetto originale del motore:

• Motori CC a magneti permanenti (PMDC): non sono necessari passaggi aggiuntivi. I magneti permanenti integrati nello statore forniscono già il campo magnetico necessario per l'induzione.

• Motori CC ad eccitazione separata / Motori CC con avvolgimento in derivazione: gli avvolgimenti di campo dello statore (originariamente alimentati da CC per creare un campo magnetico) devono essere eccitati. Esistono due modi per farlo: Autoeccitazione: dopo che il rotore inizia a ruotare, il piccolo magnetismo residuo nel nucleo di ferro dello statore induce una debole forza elettromotrice (EMF) nel rotore. Questa forza elettromotrice viene reimmessa negli avvolgimenti di campo per rafforzare il campo magnetico, generando infine un'uscita stabile. Eccitazione esterna: se lo statore non presenta magnetismo residuo (ad esempio, a causa di inattività prolungata), collegare temporaneamente gli avvolgimenti di campo a una fonte di alimentazione CC esterna per "magnetizzare" lo statore. Una volta stabilizzato il magnetismo residuo, passare all'autoeccitazione per il funzionamento continuo.

Nota: i motori CC con avvolgimento in serie (ad esempio quelli dei vecchi veicoli elettrici) non sono adatti alla conversione. I loro avvolgimenti di campo sono in serie con il rotore e l'autoeccitazione è difficile da ottenere: spesso richiedono un'eccitazione esterna e hanno una tensione di uscita instabile.

(2) Circuito di carico (percorso di uscita elettrico)

Un carico (ad esempio, un resistore, una lampadina o una batteria per la ricarica) deve essere collegato ai terminali del motore (dove originariamente era immessa la corrente continua). Questo fornisce un percorso per il flusso della corrente indotta: senza carico, il motore genererà solo una tensione a circuito aperto ma nessuna energia elettrica utilizzabile.

3. Fasi di conversione pratiche (prendendo come esempio un piccolo motore PMDC)

Convertire un comune piccolo motore a corrente continua (ad esempio, 6 V/12 V, utilizzato nelle automobili telecomandate o nei ventilatori) in un generatore è semplice e non richiede modifiche al motore stesso:

(1) Scollegare il motore dalla fonte di alimentazione CC: rimuovere i fili che originariamente fornivano elettricità al motore.

(2) Collegare un carico ai terminali del motore: utilizzare dei fili per collegare i due terminali del motore a un carico (ad esempio, una lampadina da 12 V, un voltmetro per misurare l'uscita o una batteria ricaricabile con un diodo per prevenire la corrente inversa).

(3) Immettere energia meccanica per far ruotare il rotore: utilizzare una manovella, un sistema di pulegge o un piccolo motore per far girare l'albero del motore a una velocità costante.

(4) Verificare l'uscita: se il carico è una lampadina, si illuminerà; se si utilizza un voltmetro, si vedrà una lettura della tensione CC (proporzionale alla velocità di rotazione).

4. Differenze chiave tra un generatore convertito e un generatore CC appositamente costruito Sebbene la conversione sia fattibile, un motore CC convertito presenta delle limitazioni rispetto a un generatore progettato per la produzione di energia.

Conclusione In sintesi:

• Un motore a corrente continua può essere convertito in un generatore a corrente continua perché condividono la stessa struttura elettromagnetica e si basano sulla conversione reversibile dell'energia (induzione elettromagnetica).

• La conversione richiede solo tre condizioni: un campo magnetico dello statore stabile (eccitazione), rotazione meccanica del rotore e un carico collegato.

• Sebbene siano fattibili per applicazioni su piccola scala e a bassa potenza (ad esempio, progetti fai da te, alimentazione di emergenza per piccoli dispositivi), i motori convertiti non sono adatti per la generazione di energia ad alta potenza o a lungo termine: i generatori CC costruiti appositamente sono più affidabili ed efficienti per tali scenari.