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Ancora asincrono

Articolo n° 23 su 36 del corso "DR plus". Vai all'indice del corso.

Paragrafi dell'articolo:

Intramontabile asincrono

Il motore asincrono è al centro di parecchi quesiti.  Del resto non c’è da meravigliarsene, visto che la sua importanza in campo industriale non si è mai attenuata. Anzi, con l’evolversi dell’elettronica è cresciuta, potendo ora,  questo motore, svolgere compiti a velocità variabile che in precedenza gli erano preclusi.

Questo focus descrive il principio di funzionamento del motore asincrono (o ad induzione), e giustifica un’espressione semplificata della coppia motrice utile per rapide considerazioni relative alla zona di stabilità.

La periferia interna dello statore di un motore asincrono trifase ospita tre avvolgimenti, ciascuno realizzato per p coppie polari. Gli assi dei poli magnetici prodotti dai tre avvolgimenti sono distinti e formano tra loro un angolo fisico di 120/p gradi. C’è chi tende a confondere avvolgimento con coppia polare e pensa che molti poli indichino molti avvolgimenti. Ma basta pensare che un semplice solenoide è un magnete con una coppia polare; che due solenoidi, con asse distinto, in serie tra loro costituiscono un unico avvolgimento con 2 coppie polari; e così via.

Alimentando dunque i tre avvolgimenti con una terna di correnti trifase, il campo magnetico risultante al traferro è rappresentabile con un’onda di ampiezza costante che ruota ad una velocità n0, detta velocità di sincronismo, determinata dalla frequenza f  dell’alimentazione e dal numero di coppie polari, p,  di ogni avvolgimento: n0=60*f/p giri/min (rpm). Quest’onda  è il campo rotante che induce nei conduttori di rotore, per la legge di Faraday-Lenz, forze elettromotrici (fem) che vi fanno circolare correnti, essendo i conduttori di rotore   chiusi su se stessi (in cortocircuito). Per questo motivo è anche detto motore ad induzione. Le correnti di rotore generano a loro volta un campo magnetico che ha lo stesso numero di poli e ruota alla stessa velocità. Gli assi polari dei due campi magnetici non coincidono, per cui tra essi si manifestano forze tangenti alla circonferenza di traferro, che si trasmettono alle strutture che li hanno generati, statore e rotore. Poiché il rotore è libero di ruotare, si pone in rotazione nello stesso senso del campo rotante. Man mano che aumenta la sua velocità, diminuisce quella relativa tra campo rotante e rotore, quindi diminuscono fem e correnti indotte. Se il rotore raggiungesse la velocità di sincronismo, fem e correnti sarebbero nulle e con esse la coppia motrice. Se all’albero è applicata una coppia resistente Cr, la velocità del rotore, n,   si assesta sul valore che dà luogo alla corrente necessaria a generare una coppia motrice uguale alla coppia resistente. Si tien conto della diversa velocità del rotore rispetto alla velocità di sincronismo con lo scorrimento s definito da: s=(n0-n)/n0. Spesso si usa lo scorrimento percentuale: s%=s*100. Ad ogni velocità corrisponde dunque una coppia motrice ed il legame coppia-velocità, cioè la caratteristica meccanica,  ha l’andamento tipico mostrato in figura (bordo della zona rosa). Il  funzionamento stabile si ha tra la velocità a cui corrisponde  la coppia massima e la velocità di sincronismo, generalmente dunque fino ad uno scorrimento massimo dell’ordine del 10%. Se all’albero è applicato un carico che esercita una coppia resistente, (bordo superiore della zona in giallo), il rotore accelera finché Cm > Cr , quindi si stabilizza alla velocità corrispondente al punto di funzionamento (in verde), intersezione della caratteristica meccanica del motore con quella del carico. Lo scorrimento a cui corrisponde la coppia nominale in zona stabile è di qualche percento.

Il motore asincrono si comporta come un trasformatore il cui secondario alimenta una resistenza variabile. Il carico meccanico può essere pertanto simulato elettricamente con una resistenza funzione dello scorrimento, che diminuisce quando la coppia resistente cresce. In prima approssimazione, nella zona di funzionamento stabile, la corrente assorbita dal motore, a parità di tensione,  si può ritenere proporzionale allo scorrimento. Anche la coppia motrice, in tale zona, è proporzionale allo scorrimento. La coppia dipende anche dal flusso magnetico prodotto dal campo rotante, il quale è, a sua volta, proporzionale al rapporto tra la tensione applicata e la frequenza di alimentazione. In definitiva la coppia, sempre in zona stabile, quindi per scorrimenti piccoli,  è proporzionale al quadrato della tensione, allo scorrimento,  ed inversamente proporzionale alla frequenza: C =k* s*U2/f. (con k inversamente proporzionale alla resistenza di rotore) 

sezione
caratteristica meccanica
Caratteristica meccanica di un asincrono
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Commenti e note

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di ,

visto che oggi quasi in tutti i cicli industriali si preferisce montare il motore sincrono con un convertitore di frequenza (inverter) quali velocita massime possono essere raggiunte ? Solo quelle descritte dal costruttore o si puo spingere ben oltre??

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