Motore asincrono trifase: rendimento vs numero di poli

[densha]

Ciao a tutti,

mi è stata posta una domanda a cui vorrei cercare di rispondere nella maniera più esauriente possibile.

Un motore asincrono trifase (per il mondo della trazione) potrebbe avere un'efficienza più alta all'aumentare del numero di coppie polari?

O anche: c'è un legame diretto tra numeri di poli (o coppie polari che dir si voglia) ed efficienza del motore?

A me sembra la classica domanda a cui rispondere "dipende", ma vorrei sentire il vostro punto di vista.

Grazie

[MarcoD]

Non me ne intendo, ma scommetto che il rendimento è in prima approssimazione indipendente dal numero dei poli.
Oppure che con numero maggiore di poli gira lentamente e quindi l'attrito nell'aria e nei cuscinetti è minore, e quindi il rendimento cresce?
Ma a pari potenza cresce la coppia e i cuscinetti sono più grossi e hanno maggiore attrito?

Attendo di leggere altri pareri.

[mario_maggi]

Leggendo i cataloghi dei produttori di asincroni si deduce che all'aumento del numero di poli diminuisce il rendimento. Questa tendenza la si riscontra di solito dal 4 poli in su.
Ciao
Mario

[fpalone]

Confermo quanto riporta mario_maggi.
Ricordiamo anche che, a parità di potenza, un motore con più coppie polari ha un volume maggiore rispetto ad uno con meno coppie polari. Per una macchina asincrona ciò implica anche più potenza reattiva assorbita dalla rete per sostenere il flusso magnetico (in particolare nel traferro): già questo spingerebbe verso il basso il rendimento.

Laddove però ti serva avere maggiore coppia in un'applicazione industriale non è sempre detto che l'accoppiata motore veloce + motoriduttore abbia un rendimento totale migliore rispetto ad un motore più lento con accoppiamento diretto.
Per un confronto corretto bisognerebbe calare i motori nell'applicazione per cui servono!

[densha]

Grazie per questi primi feedback (sia "carte alla mano" che con qualche ragionamento).

L'applicazione è per la trazione, quindi il motore in questione non ha un punto fisso di lavoro ma lavora su un duty cycle non predefinito a priori (da 0 a circa 6000 RPM)

Il confronto sul rendimento andrebbe fatto a parità di punto di lavoro, quindi:

Alla stessa velocità di rotazione, con la stessa coppia erogata all'albero

@fpalone: il tuo ragionamento sul volume maggiore (immagino a parità di prestazioni) si basa sull'utilizzo di più bobine di rame per fase (e quindi necessità di uno statore con diametro maggiore)?

[fpalone]

il tuo ragionamento sul volume maggiore (immagino a parità di prestazioni) si basa sull'utilizzo di più bobine di rame per fase (e quindi necessità di uno statore con diametro maggiore)?

Si basa sul fatto che la frequenza di alimentazione sia costante, non è quindi in effetti il tuo caso!
E' la configurazione "canonica" per le macchine alimentate da rete, a frequenza costante, per le quali è la coppia a determinare il volume e quindi macchine più veloci, a parità di potenza (e di frequenza di alimentazione) hanno volume inferiore.

[densha]

Hai ragione, temo di aver omesso importanti condizioni al contorno.

Sto parlando di motori asincroni trifase (con la classica gabbia di scoiattolo) per trazione, autoventilati o a ventilazione forzata, alimentati da inverter e con l'albero connesso ad un riduttore.

Allego un generico grafico di corrente, tensione e coppia (in funzione della velocità di rotazione) per dare un'idea dei valori in gioco.

[mario_maggi]

densha,
date le velocità, non si tratta di una macchina agricola elettrica, potrebbe essere un furgone o una moto, o un revamping di un'auto.
Bisogna considerare se è più interessante avere una buona coppia continuativa ed una coppia di picco non elevatissima, oppure una coppia continuativa minore ma una coppia di picco più elevata, utile su percorsi misti con frequenti cambi di velocità o pendenza.
Dal grafico vedo l'indicazione "forza", puoi spiegare perché citi una forza e non una coppia?
Ciao
Mario

[densha]

Dal grafico vedo l'indicazione "forza", puoi spiegare perché citi una forza e non una coppia?
Ciao
Mario

Ciao Mario,

il grafico riporta il termine "force" espressa in kN per indicare appunto la coppia (non chiedermi perché non sia stato usato il termine "torque", il grafico è estratto da un documento del costruttore del motore).

[Meiko]

Ciao, leggo con interesse la tua domanda.
Una cosa va detta, il rendimento e il numero dei poli, non hanno un legame diretto, dipende da come è concepito il motore.
Vanno tenuti presenti questi aspetti:
1) il flusso nel motore 12 poli è più concentrato e a questo fatto si aggiunge anche un maggior numero di "attraversamenti" del traferro, il che causa perdite, perché il flusso dell'onda magnetomotiva attraversa lo spazio tra rotore e statore ben 12 volte, mentre nel 4 poli lo fa solo 4 volte. In oltre il flusso del 4 poli è meno concentrato.
2) L'onda magnetomotiva di un 12 poli è più ricca di armoniche perché più squadrata di quella di un 4 poli, che si presenta più sinusoidale.
Queste sono le ragioni per cui due motori realizzati con il medesimo circuito magnetico (Statore e Rotore uguali) ma uno realizzato a 4 poli e uno realizzato a 12 poli, quello a 12 poli è in grado di gestire meno potenza, oltre ad essere anche più rumoroso.