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1 Appunti sul Motore Asincrono Trifase 1 Appunti SUL Motore Asincrono Trifase Indice 1. Generalit .. 1 2. Aspetti costruttivi .. 3 3. Correnti indotte, velocit di rotazione e caratteristica meccanica .. 6 4. Esempi ed 7 1. GENERALIT Tra tutti i tipi di motori elettrici, quello Asincrono Trifase senz altro quello pi diffuso per la sua semplicit , robustezza ed elevato rendimento. Si stima che oltre il 90% dei macchinari utilizzati nell industria siano azionati da motori asincroni Trifase . Sino a qualche anno fa, il Motore a corrente continua era indispensabile in tutti gli azionamenti a velocit regolabile. Oggi, grazie allo sviluppo dell elettronica di potenza, si utilizza il Motore Asincrono Trifase anche in quei casi dove richiesta la regolazione continua della velocit ; l utilizzo del Motore (meno robusto, pi ingombrante e pi costoso del Motore a.)

2 T.) limitato a casi molto particolari (trazione elettrica). Per avere un idea sulla superiorit del Motore Asincrono Trifase rispetto al Motore a corrente continua, tenete presente che il rapporto Peso/Potenza per i due motori circa 2; cio a parit di potenza il peso del Motore ha un peso doppio del Motore a. Il costo del Motore circa 6 volte il costo del Motore a. t. di pari potenza e velocit . Esistono inoltre altri motivi di ordine pratico che giustificano la scelta del Motore a. t. rispetto al Motore c. c.: la mancanza del collettore e delle spazzole consente di far funzionare il Motore per lunghi periodi senza manutenzione anche in ambienti con presenza di gas infiammabili. I motori asincroni Trifase sono suddivisi in due grandi categorie: 1) motori con rotore a gabbia; 2) motori con rotore avvolto; I motori con rotore a gabbia sono decisamente pi robusti e meno ingombranti dei motori con rotore avvolto e inoltre necessitano di meno manutenzione.

3 Si ricorre ai motori con rotore avvolto solo nei casi in cui sia richiesta una coppia di spunto molto elevata. Nella maggior parte dei casi l avviamento avviene a vuoto (coppia resistente nulla) o con coppia resistente modesta (inferiore alla coppia nominale del Motore ) e la scelta cade, perci , sul Motore a gabbia. Il campo di potenze disponibili molto ampio: da 0,18 kW a 315 kW con tensione di alimentazione 380 V e frequenza 50 Hz, per far fronte a tutte le possibili esigenze di azionamenti. Anche il Motore Asincrono Trifase con rotore a gabbia ha (sarebbe pi giusto dire aveva perch oggi molti problemi sono stati risolti grazie all elettronica) le sue pecche: 1) assorbe una corrente elevata allo spunto (tale corrente disturba gli altri utilizzatori perch provoca una caduta di tensione eccessiva sulla linea di alimentazione); 2) fornisce una coppia di spunto limitata (in genere inferiore o uguale alla coppia nominale) e quindi non consente avviamenti sotto carico; Appunti sul Motore Asincrono Trifase 23) non possibile regolare la velocit di rotazione del Motore agendo solo sulla tensione di alimentazione.

4 Gli alimentatori a frequenza variabile (variano la tensione e la frequenza in modo che il rapporto V/f si mantenga costante) consentono di 1) controllare la corrente durante la fase di avviamento; 2) elevare la coppia di spunto in modo da consentire gli avviamenti sotto carico; 3) regolare con continuit la velocit di rotazione del Motore . Prima di illustrare il funzionamento del Motore Asincrono Trifase , utile richiamare la definizione di Motore elettrico: un Motore elettrico una macchina (cfr. Fig. ) in cui la potenza di ingresso Pa di tipo elettrico e la potenza di uscita PM di tipo meccanico. Motore ELETTRICO CARICO MECCANICO asse di rotazione MC RC aP MP dP 1L 2L 3L Linea di alimentazione Un Motore elettrico assorbe potenza elettrica dalla linea di alimentazione trasformandola in potenza meccanica disponibile all asse di rotazione.

5 Fig. - Motore elettrico. La potenza di ingresso (potenza assorbita) : cos3 VIPa= dove: V= tensione di linea concatenata [V]; I= corrente assorbita [A]; cos = fattore di potenza del Motore . aP viene prelevata dalla linea elettrica di alimentazione (321 , ,LLL indicano le tre fasi). La potenza di uscita (potenza meccanica disponibile sull asse di rotazione) espressa dal prodotto MMCP= Appunti sul Motore Asincrono Trifase 3con MC= coppia meccanica [Nm]; la coppia pu anche essere espressa in [J] oppure in [W / rad/s]; = velocit angolare di rotazione dell albero Motore (velocit meccanica) [rad/s]. Posto n = velocit di rotazione dell albero Motore (velocit meccanica) [giri/min]. si ha che 60/ 2 2nf == essendo 60/nf= [Hz] il numero di giri compiuti dall albero Motore in 1 secondo.

6 Ne segue che la potenza meccanica fornita dal Motore pu essere espressa anche come 60 2nCPMM = A regime la coppia meccanica MC del Motore elettrico uguale (ma di segno opposto) alla coppia resistente RC applicata all asse (il Motore aziona una macchina operatrice, ad esempio un trapano, una pressa, una pompa). La potenza di uscita MP inferiore alla potenza di ingresso aP a causa delle perdite interne dP (elettriche e meccaniche) date da MadPPP = ovvero, sostituendo le espressioni di aP, MP, si ha che MdCVIP =cos3. La perdita di potenza dP la somma delle perdite per effetto Joule negli avvolgimenti di statore e di rotore, delle perdite nel ferro per isteresi e correnti parassite e delle perdite meccaniche per attrito e ventilazione. Il rapporto tra la potenza di uscita e la potenza di ingresso definisce il rendimento del Motore cos3 VICPPMaM==; valori tipici di rendimento sono compresi nell intervallo 75% (motori di potenza dell ordine del kW) 95% (motori di potenza dell ordine delle centinaia di kW).

7 2. ASPETTI COSTRUTTIVI Il Motore Asincrono Trifase costituito da una parte fissa e da una parte mobile rotante. La parte fissa, detta statore, formata da un pacco di lamierini in ferro-silicio aventi la forma di corona circolare. Le scanalature interne al pacco di lamierini statorici (cave statoriche) sono destinate ad accogliere i conduttori (filo di rame smaltato) dell avvolgimento Trifase statorico. La parte rotante, detta rotore, interna allo statore ed costituita da un pacco di lamierini in ferro silicio aventi la forma di corona circolare con foro interno per il passaggio dell albero di rotazione e scanalature esterne (cave rotoriche) per accogliere l avvolgimento rotorico (filo di rame nel caso di rotore avvolto o barre di rame o di alluminio nel caso di rotore a gabbia di scoiattolo).

8 Tra statore e rotore presente uno spessore d aria (chiamato traferro) di qualche decimo di millimetro (o di qualche millimetro nel caso di grossi motori) che consente la libera rotazione del Appunti sul Motore Asincrono Trifase 4rotore. Generalmente, le cave di rotore sono pi numerose delle cave di statore per consentire un pi agevole avviamento del Motore e ridurre le vibrazioni. L avvolgimento di rotore pu essere di due tipi: 1) a gabbia di scoiattolo (rotore in corto circuito); 2) avvolto con collettore ad anelli. La gabbia di scoiattolo costituita da una serie di sbarre di rame o di alluminio (ogni sbarra occupa una cava di rotore) con le estremit collegate a due anelli formati sempre di rame o alluminio. Nei rotori ad anelli le cave rotoriche sono sede di un avvolgimento con filo in rame smaltato simile all avvolgimento statorico.

9 L avvolgimento rotorico, collegato a stella, fa capo a tre anelli di bronzo isolati tra di loro e calettati sull asse di rotazione. Su ciascun anello poggia una spazzola per permettere la chiusura delle tre fasi rotoriche su un reostato di avviamento. Nel funzionamento normale (avviamento ultimato) i tre anelli vengono cortocircuitati. E evidente la maggiore complessit e ingombro del Motore avvolto rispetto al Motore a gabbia. Il sistema anelli-spazzole-reostato di avviamento soggetto a usura e non pu essere utilizzato in presenza di sostanze infiammabili. Perci l utilizzo del Motore avvolto limitato ai casi di avviamento pesante (elevate coppie resistenti applicate all asse). Il funzionamento del Motore Asincrono Trifase si basa sull interazione tra il campo magnetico generato dalle bobine di statore (campo magnetico rotante) e il campo magnetico indotto nelle bobine di rotore.

10 Le tre bobine rettangolari di statore sono disposte a 120 l una dall altra ed alimentate da una terna Trifase di correnti equilibrate. All interno dello spazio delimitato dalle tre bobine presente un cilindro di lamierini (con gabbia esterna di rame o alluminio) libero di ruotare intorno al proprio asse sede di correnti indotte. Per comprendere il principio di generazione del campo magnetico rotante (cfr. Teorema di Galileo Ferraris) si osservi la Fig. dove rappresentato lo stato delle bobine di statore in termini di correnti entranti/uscenti in tre differenti istanti temporali. In particolare il pallino pieno indica una corrente entrante mentre il pallino vuoto indica una corrente uscente. Si osserva che dall interazione (somma) dei campi magnetici associati a ciascuna bobina nasce un campo magnetico la cui direzione cambia nel tempo.