Comprendere U, I, P ed E in 48 V DC*

Dall'elettricità alla meccanica: collegare tensione, corrente, potenza ed energia

I sistemi 48 V DC (corrente continua) sono oggi onnipresenti nei veicoli elettrici leggeri, nei robot e nei mezzi agricoli automatizzati.

Ma per dimensionare correttamente un motore, un controller e una batteria, è necessario comprendere come interagiscono le grandezze fondamentali dell'elettricità — tensione, corrente, potenza ed energia — e il loro legame con la meccanica (coppia e velocità).

1. Le grandezze elettriche di base

Tensione – U

• Unità : volt (V)

• La tensione rappresenta la « pressione elettrica » che spinge gli elettroni in un circuito, come la pressione dell'acqua in un tubo.

• In un sistema a 48 V, questa tensione è generalmente stabile e definita dalla batteria o dall'alimentazione.

• Più alta è la tensione, più è facile trasmettere potenza con meno corrente — un vantaggio chiave per limitare le perdite e ridurre la dimensione dei cavi.

Intensità – I

• Unità : ampere (A)

• L’intensità è il flusso di elettroni che circola nel circuito — paragonabile al flusso d'acqua in una condotta.

• Essa traduce direttamente il carico di lavoro del motore: più alta è la coppia richiesta, più corrente assorbe il motore.

Corrente e riscaldamento

La corrente è la principale fonte di riscaldamento nei conduttori, negli avvolgimenti e nei connettori.

Le perdite Joule sono proporzionali al quadrato della corrente:

Ciò significa che un semplice raddoppio della corrente quadruplica il calore dissipato.

Esempio:

Se un cavo di 0,05 Ω trasporta 20 A:

\(P_{pertes}=20^2 × 0,05\) =20 Wp

Raddoppiando la corrente a 40 A:

\(P_{pertes}=40^2×0,05\)=80 Wp

Da qui l'interesse, a potenza uguale, di aumentare la tensione (U) per ridurre la corrente (I):

Così, un motore da 1 kW consumerà:

• 20,8 A a 48 V

• 41,6 A a 24 V

Più alta è la tensione, meno i cavi si riscaldano e più possono essere sottili e leggeri, mantenendo lo stesso rendimento globale.

Potenza – P

• Unità : watt (W)

• La potenza è il flusso di energia, cioè la velocità con cui il sistema consuma o fornisce energia.

Potenza elettrica

È la potenza assorbita dal motore dalla batteria o dall'alimentazione.

Esprime ciò che si preleva in energia elettrica in un dato istante.

Potenza meccanica

Quando il motore trasforma questa energia elettrica in movimento, si parla di potenza meccanica:

dove:

• C o \(τ\) = coppia motore (in N·m)
• \(ω\) = velocità angolare (in rad/s)

Les deux puissances sont liées par le rendement du moteur \(η) :

In pratica, per un motore BLDC con rendimento del 90%:

Esempio:

Un moteur 48 V consommant 25 A délivre

\(P_{élec}=48×25=1200W\)

Con un rendimento del 90%, la potenza meccanica utile è

\(1200×0,9=1080W1200 × 0,9 = 1080 W1200×0,9=1080W\)

Energia – E

• Unità : Wh o J

• L'energia corrisponde alla quantità totale di lavoro effettuata in un dato periodo:

Una batteria da 48 V – 40 Ah immagazzina:

Ciò consente di alimentare un motore da 1 kW per circa 2 ore a piena potenza.

2. Dal mondo elettrico al mondo meccanico

Il motore BLDC agisce come un convertitore di energia:

Così, conoscere la tensione e la corrente permette di stimare la coppia disponibile e la velocità di rotazione, e quindi la potenza meccanica erogata.

Questo legame diretto è al centro del dimensionamento del motore: si parte dal fabbisogno meccanico (coppia, velocità) per dedurre la potenza elettrica richiesta.

3. Applicazione pratica: stimare il fabbisogno e l'autonomia

Esempio 1 — Calcolo rapido della corrente a partire da un fabbisogno meccanico

Obiettivo: fornire 900 W meccanici a 48 V con un rendimento del motore del 90%.

Potenza elettrica richiesta

Esempio 2 — Stimare l'autonomia della batteria

Batteria 48 V – 40 Ah → 1920 Wh.

Se il consumo medio del motore è 800 W:

4. In sintesi

Da ricordare

U spinge la corrente

I trasporta l'energia (e genera calore)

P = U × I esprime la potenza istantanea

E = P × t traduce la durata d'uso

C × ω = P collega elettricità e meccanica

Padroneggiando queste relazioni, si può dimensionare efficacemente un motore 48 V BLDC, evitare surriscaldamenti, scegliere i cavi giusti e stimare l'autonomia di un sistema elettrico completo.

*: Les informations techniques présentées dans cet article sont fournies à titre indicatif. Elles ne remplacent pas les notices officielles des fabricants. Avant toute installation, manipulation ou utilisation, veuillez consulter la documentation du produit et respecter les consignes de sécurité. Le site Torque.works ne saurait être tenu responsable d'une utilisation inappropriée ou d’une interprétation incorrecte des informations fournies.