Il motore asincrono trifase: realizzazione e principio di funzionamento

Introduzione al Motore Asincrono Trifase

proff. L. Marini - F. Dalla Via Appunti su motore asincrono trifase A/S 2019/2020 Il motore asincrono trifase realizzazione e principio di funzionamento

Il Motore Asincrono Trifase, che nel seguito indicheremo più semplicemente con la sigla MAT, venne per la prima volta realizzato da Galileo Ferraris nel 1885. Il mercato dei motori elettrici oggi è dominato prevalentemente dal motore asincrono trifase a gabbia, circa il 70% dei motori elettrici in esercizio è di questo tipo, sostituendo, in larghissima misura, tutti gli altri mezzi di produzione o trasmissione di forza motrice, sia nell'industria che nelle applicazioni domestiche.

Vantaggi del MAT

VANTAGGI: Esso viene alimentato direttamente dalla rete di distribuzione, a tensione e frequenza costanti, e rappresenta il motore elettrico più semplice, economico, robusto ed affidabile che la tecnica conosca. È ad elevato rendimento, non richiede lubrificazione, né manutenzione, non presenta alcuna difficoltà o particolarità per l'avviamento e, pertanto, è il dispositivo più diffuso nell'utilizzazione dell'energia elettrica come 'forza motrice'. Rispetto agli altri tipi di motori elettrici, il MAT presenta diversi vantaggi: peso ed ingombro ridotti a parità di potenza; mancanza di particolari dispositivi di eccitazione prelevando, direttamente dalla rete, la potenza magnetizzante necessaria per creare il flusso induttore della macchina; è autoavviante; sviluppa, spontaneamente ed automaticamente, variando la propria velocità, una coppia motrice atta a controbilanciare la coppia resistente applicata all'albero motore, determinando un funzionamento stabile (all'aumentare del carico rallenta); esigenze di manutenzione molto ridotte, semplicità di esercizio ed alto rendimento.

Uso del Motore Asincrono Trifase

USO: Segue da quanto detto che, laddove un dispositivo meccanico deve essere azionato senza particolari esigenze di regolazione di velocità o di coppia, ivi è il regno incontrastato di applicazione del MAT: montacarichi, gru, ascensori, macchine utensili tradizionali, pompe, ventilatori sono da decenni azionati in maniera soddisfacente da questo tipo di motore.

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Principio di Funzionamento e Aspetti Costruttivi

Aspetti Costruttivi del Motore

Principio di funzionamento ed aspetti costruttivi Aspetti costruttivi Il motore si compone di una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore.

Statore (Induttore)

STATORE (induttore): Lo statore è la parte fissa del motore. E' priva di salienze (traferro costante). Lo statore è formato da un pacco di lamierini aventi la forma di corona circolare con cave SEMPRE di tipo semi aperto disposte lungo la periferia interna. Le scanalature interne al pacco di lamierini statorici accolgono i conduttori (filo di rame smaltato) dei tre avvolgimenti primari (trifase), ai quali viene applicata la tensione di alimentazione.

Rotore (Indotto)

ROTORE (indotto): Il rotore è situato all'interno dello statore ed è costituito da un pacco di lamierini aventi la forma circolare, con un foro interno per il passaggio dell'albero di rotazione, e cave esterne rotoriche per accogliere l'avvolgimento rotorico (se il rotore è avvolto) oppure, più frequentemente, uno o due avvolgimenti a gabbia di scoiattolo.

Traferro

TRAFERRO: Tra statore e rotore è presente uno spessore d'aria detto traferro; questo è di valore costante ed è ridotto al minimo (è qualche decimo di millimetro), per ridurre al minimo la riluttanza magnetica del percorso del flusso magnetico e consentire comunque la rotazione.

Rotazione

ROTAZIONE: Il rotore si pone in rotazione perché "trascinato" dal campo magnetico generato degli avvolgimenti statorici. Nel funzionamento a regime permanente la velocità di rotazione n della macchina asincrona dipende dalla frequenza f della tensione di alimentazione dello statore, dal numero di poli 2p e anche dal carico.

Altre Parti del Motore

ALTRE PARTI: Completano il motore :

• la carcassa, realizzata generalmente in alluminio pressofuso, che con le alette smaltisce il calore prodotto soprattutto dallo statore;
• la ventola, che provvede al raffreddamento, ma sottrae una piccola parte dell'energia assorbita nelle cosiddette "perdite per ventilazione",
• i due cuscinetti che reggono l'albero del motore, che anch'essi influiscono nel rendimento con le "perdite meccaniche"
• la scatola di connessione, o morsettiera
• l'albero scanalato, nel quale si inserisce la "chiavetta" per il fissaggio con la macchina operatrice.

morsettiera di collegamento flangia avvolgimento dello statore cuscinetto coperchio di ventilazione ventilatore statore rotore a gabbia cuscinetto flangia 2/17Appunti su motore asincrono trifase A/S 2019/2020 proff. L. Marini - F. Dalla Via

Principio di Funzionamento (Generalità)

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO (generalità): Lo statore contiene un numero pari di avvolgimenti in quanto, normalmente, ce ne sono 2 per ciascuna fase di alimentazione. Un motore trifase, avrà quindi come minimo sei avvolgimenti. I due avvolgimenti di ciascuna coppia sono collegati in serie e disposti fisicamente l'uno di fronte all'altro. Nel caso del motore trifase a sei avvolgimenti le coppie di avvolgimenti presentano uno sfasamento di 120° fisici ed elettrici.

F2º P1 3 7 2 1 8 F3 P30 · P2 F1 6 5 4 Fig.3-2 - Sezione trasversale di una macchina asincrona trifase con rotore a gabbia di scoiattolo (2p=2) [1: statore; 2: traferro; 3: rotore; 4: cave di tipo semiaperto di statore (q1=4 cave per polo e per fase); 5: conduttori dell'avvolgimento trifase induttore distribuito di tipo aperto; 6: cave di tipo semiaperto di rotore; 7: sbarre della gabbia (m=18 sbarre per passo polare); 8: anello della gabbia; P1,P2,P3: morsetti di ingresso delle tre fasi di statore; F1,F2,F3: morsetti di uscita delle tre fasi di statore]. Quando sono alimentati da una delle fasi di una rete trifase alternata, negli avvolgimenti si verifica il passaggio di correnti che a loro volta producono, a causa degli sfasamenti, un campo magnetico complessivo che ruota nello spazio, creando quello che viene comunemente detto "campo magnetico rotante".

Ph1 JH1 Ph1 Ph1 H3 H3 max 2, 0 o H3 max 2 Ph3 Ph3 Ph3 Ph2 Ph2 Ph2 H2 max 2 H1 max 2 H1 max H2 max 2 2 3/17proff. L. Marini - F. Dalla Via Appunti su motore asincrono trifase A/S 2019/2020

Campo Magnetico Rotante - Approfondimento

CAMPO MAGNETICO ROTANTE - approfondimento: Il campo magnetico prodotto dallo statore (INDUTTORE) è come un magnete virtuale in rotazione.

Pı I1 F. I a I Fo I Pe Pa o I: FI - 0 T/4/ T/2 3 T 1 -IMV 3 2 -IM Fig. 10.3 - a) Schematizzazione d l'avvolgimento statorico di un mo re asincrono. b) Sistema equilibratc correnti. c) Andamento nel tem delle tre correnti. 1) to = 0. Le correnti valgono [controllate con fig. 10.3 e formula (10.1)]: i = 0; i2 = IM sen (-2) - IM 23 is - In sen (-) =+IM 23 Poiché i2 è negativa, ha senso effettivo opposto a quello convenzionale di figura 10.3a, quin- di è "entrante in F2 e uscente in P2". Poiché i3 è positiva, ha senso effettivo coincidente con quello convenzionale di figura 10.3a, quindi è "entrante in P3 e uscente in F3". In figura 10.4a è rappresentata la situazione: la corrente è entrante nei conduttori posti alla vostra sinistra e uscente nei conduttori posti alla vostra destra. Il campo magnetico è in fon- do simile a quello prodotto da un unico solenoide1 ad asse verticale: all'interno degli avvol- gimenti è diretto verso il basso secondo la regola del cavatappi o vite destra, come se vi fos- co lin noin Nord in alto a un nolo Sud in hasso. 2) t1 = - . Le correnti valgono: T EN Poiché i1 è positiva, ha senso effettivo coincidente con quello convenzionale (entrante in P1, uscente in F1). Poiché i2 e i3 sono negative, hanno senso effettivo opposto a quello conven- zionale (rispettivamente entranti in F2 e F3, uscenti in P2 e P3). La situazione è rappresentata in figura 10.4b: le correnti (lasciate perdere che il loro valore non sia uguale) sono tutte entranti nai conduttori nasti in alas kuLL- 3) +2 = 2 Ormai avete afferrato come si ragiona. Diciamo allora in sintesi: 1=0; 12=+IM 23 : is -IM V3 Le correnti sono entranti a destra e uscenti a sinistra. I poli Nord e Sud si trovano come in figura 10.4c e hanno così compiuto un'altra rotazione di 90° in senso orario (mezzo giro dal- l'istante to = 0), come del resto i vettori corrente sul piano di Gauss. PI I 1 w = F. I. I, Fs ts = 2 1 Re Ie Pa Pa I. La Fı d) = e il campo magnetico ha compiuto in tutto - di giro (fig. 10.4d). P 1 I 3 Fe Ie/ F ta = 0 Re I: - Ps Po a) F1 I: P. I 11 1 w F. I. Ia F +1 = I Re N m I. P. F1 b) PI 1 3 Fa Ie F3 Re P P. F1 = c) 4) t3 = = T . Si ha: i1 =- 1Mi 12=+ IM 2 . is=+' 2 tı te Its to T R. +13 2 +IM 4/17Appunti su motore asincrono trifase A/S 2019/2020 proff. L. Marini - F. Dalla Via

Coppie Polari sullo Statore (Induttore) - Approfondimento

COPPIE POLARI SULLO STATORE (INDUTTORE) - approfondimento: All'interno dello statore è comunque possibile installare più "terne" di avvolgimenti (montati sfalsati di un certo angolo), cosicché vengono generati più magneti virtuali, ossia uno per ogni terna di avvolgimenti. Questi magneti virtuali vengono detti "coppie polari".

Esempio di Avvolgimento a 2 e 4 Poli

Esempio: Su uno statore con 24 cave possono, ad esempio, essere ottenuti 2 poli oppure 4 poli. Nella figura seguente è rappresentata una sola fase.

N S --- 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 X a) avvolgimento a 2 poli N S N S 2 3 4 5 6 17 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 x b) avvolgimento a 4 poli

Schema Polare di un Avvolgimento a 4 Poli

Esempio: Su uno statore con 36 cave possono, ad esempio, essere ottenuti 4 poli:

S N 2 y Z W N Figura 10.13 Schema polare di un avvolgimento a 4 poli, 3 cave polo-fase. In base al tipo di avvolgimento la corona circolare statorica risulta divisa in tante parti quanti sono i poli, come risulta dalla figura 10.13, in cui è riportato lo schema po- lare di un avvolgimento a 4 poli, con 3 canali per polo e per fase: sono visibili i colle- gamenti delle testate, mentre i lati delle matasse sono perpendicolari al piano del dise- gno. Si chiama passo polare t la parte di circonferenza di corona circolare interes- sata da un polo e può essere espresso come lunghezza dell'arco di circonferenza o come angolo. Il numero dei poli della macchina si indica con 2p, mentre p rappresenta il numero delle coppie polari.

5/17 S 1 Figura 10.11 a, b Esempio di avvolgimento statorico a 2 e a 4 poli.