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Il motore asincrono trifase o motore a induzione è un motore elettrico in corrente alternata in cui la velocità angolare del rotore è inferiore alla velocità di rotazione del campo magnetico generato dagli avvolgimenti dello statore.
Sin dal 1885 l’italiano Galileo Ferraris aveva dimostrato che due bobine fisse, ortogonali e percorse da correnti alternate della stessa frequenza e sfasate di 90°, generano un campo magnetico rotante, arrivando a pubblicare nel 1888 i risultati dei suoi esperimenti.
Ma è nell’autunno del 1887 che il fisico serbo Nikola Tesla, dopo aver intensificato il lavoro ingegneristico sul motore a induzione, ne deposita le richieste di brevetto.
I motori asincroni trifase possono essere considerati tra le macchine elettriche più affidabili poiché svolgono la loro funzione per molti anni, con interventi di manutenzione assai ridotti.
JAES nel suo catalogo è in grado di fornire molte tipologie di motori asincroni
Oggi, circa il 90% dei motori industriali è costituito dai motori asincroni.
Ma proviamo a vedere nel dettaglio il meccanismo di funzionamento interno di questi motori.
Il motore a induzione è costituito da due parti principali: lo statore e il rotore:
Lo statore, è fondamentalmente un avvolgimento a tre bobine alimentato in corrente alternata trifase.
Ogni avvolgimento passa attraverso le fessure dello statore, che sono realizzate impilando sottili lamine di acciaio ad alta permeabilità magnetica all’interno di una struttura in acciaio o ghisa.
Lo scorrimento della corrente trifase attraverso questi avvolgimenti causa la formazione di quello che Galileo Ferraris aveva già scoperto nel lontano 1885. Ovvero un campo magnetico rotante.
È appunto questo Campo magnetico rotante (acronimo inglese RMF –Rotating Magnetic Field) che causa la rotazione del rotore.
Per capire come viene generato il campo magnetico rotante e le sue proprietà, prendiamo come esempio una versione semplificata di un avvolgimento statorico.
Questo avvolgimento è costituito da tre bobine, disposte a 120 gradi l’una dall’altra.
Un cavo lungo il quale scorre della corrente elettrica, genera un campo magnetico attorno ad esso.
Quando una potenza trifase viene applicata a questa speciale disposizione di bobine, il campo magnetico verrà generato in un preciso istante, come mostrato.
Seguendo le variazioni della corrente alternata, il campo magnetico assumerà diversi orientamenti e modulo.
Se confrontiamo queste tre istanze possiamo notare che è come se rappresentassero la sequenza di rotazione di un campo magnetico di forza uniforme.
La velocità di rotazione del campo magnetico è nota come "velocità sincrona".
Supponiamo adesso che si metta un conduttore chiuso all’interno del campo magnetico rotante;
secondo la legge di Faraday, poiché si ha un campo elettromagnetico variabile in un circuito chiuso, si creerà sul conduttore una corrente indotta. Possiamo quindi dire che il campo magnetico rotante indurrà una corrente nella spira.
Quindi, la situazione che si ottiene è un anello soggetto a corrente indotta, situato nel campo magnetico.
Come avevamo potuto osservare nel nostro esperimento sulla dimostrazione della Forza di Lorentz, il filo di stagno percorso dalla corrente elettrica e immerso in un campo magnetico, subiva una forza perpendicolare al movimento delle cariche, che lo faceva ruotare.
Anche in questo caso una forza elettromagnetica sarà prodotta sull’anello, e il rotore ad esso collegato inizierà dunque a ruotare.
Lo stesso fenomeno si verifica anche all’interno di un motore a induzione.
Qui invece di una semplice spira viene utilizzato un rotore a gabbia di scoiattolo.
Anche qui, la corrente alternata trifase che passa attraverso lo statore produce un campo magnetico rotante.
Come nel caso precedente, la corrente verrà indotta nelle barre della gabbia di scoiattolo, che essendo in cortocircuito dagli anelli di estremità, permettono la rotazione del rotore.
Sin dal 1885 l’italiano Galileo Ferraris aveva dimostrato che due bobine fisse, ortogonali e percorse da correnti alternate della stessa frequenza e sfasate di 90°, generano un campo magnetico rotante, arrivando a pubblicare nel 1888 i risultati dei suoi esperimenti.
Ma è nell’autunno del 1887 che il fisico serbo Nikola Tesla, dopo aver intensificato il lavoro ingegneristico sul motore a induzione, ne deposita le richieste di brevetto.
I motori asincroni trifase possono essere considerati tra le macchine elettriche più affidabili poiché svolgono la loro funzione per molti anni, con interventi di manutenzione assai ridotti.
JAES nel suo catalogo è in grado di fornire molte tipologie di motori asincroni
Oggi, circa il 90% dei motori industriali è costituito dai motori asincroni.
Ma proviamo a vedere nel dettaglio il meccanismo di funzionamento interno di questi motori.
Il motore a induzione è costituito da due parti principali: lo statore e il rotore:
Lo statore, è fondamentalmente un avvolgimento a tre bobine alimentato in corrente alternata trifase.
Ogni avvolgimento passa attraverso le fessure dello statore, che sono realizzate impilando sottili lamine di acciaio ad alta permeabilità magnetica all’interno di una struttura in acciaio o ghisa.
Lo scorrimento della corrente trifase attraverso questi avvolgimenti causa la formazione di quello che Galileo Ferraris aveva già scoperto nel lontano 1885. Ovvero un campo magnetico rotante.
È appunto questo Campo magnetico rotante (acronimo inglese RMF –Rotating Magnetic Field) che causa la rotazione del rotore.
Per capire come viene generato il campo magnetico rotante e le sue proprietà, prendiamo come esempio una versione semplificata di un avvolgimento statorico.
Questo avvolgimento è costituito da tre bobine, disposte a 120 gradi l’una dall’altra.
Un cavo lungo il quale scorre della corrente elettrica, genera un campo magnetico attorno ad esso.
Quando una potenza trifase viene applicata a questa speciale disposizione di bobine, il campo magnetico verrà generato in un preciso istante, come mostrato.
Seguendo le variazioni della corrente alternata, il campo magnetico assumerà diversi orientamenti e modulo.
Se confrontiamo queste tre istanze possiamo notare che è come se rappresentassero la sequenza di rotazione di un campo magnetico di forza uniforme.
La velocità di rotazione del campo magnetico è nota come "velocità sincrona".
Supponiamo adesso che si metta un conduttore chiuso all’interno del campo magnetico rotante;
secondo la legge di Faraday, poiché si ha un campo elettromagnetico variabile in un circuito chiuso, si creerà sul conduttore una corrente indotta. Possiamo quindi dire che il campo magnetico rotante indurrà una corrente nella spira.
Quindi, la situazione che si ottiene è un anello soggetto a corrente indotta, situato nel campo magnetico.
Come avevamo potuto osservare nel nostro esperimento sulla dimostrazione della Forza di Lorentz, il filo di stagno percorso dalla corrente elettrica e immerso in un campo magnetico, subiva una forza perpendicolare al movimento delle cariche, che lo faceva ruotare.
Anche in questo caso una forza elettromagnetica sarà prodotta sull’anello, e il rotore ad esso collegato inizierà dunque a ruotare.
Lo stesso fenomeno si verifica anche all’interno di un motore a induzione.
Qui invece di una semplice spira viene utilizzato un rotore a gabbia di scoiattolo.
Anche qui, la corrente alternata trifase che passa attraverso lo statore produce un campo magnetico rotante.
Come nel caso precedente, la corrente verrà indotta nelle barre della gabbia di scoiattolo, che essendo in cortocircuito dagli anelli di estremità, permettono la rotazione del rotore.
Ecco perché questo motore è chiamato “motore a induzione”.
L’elettricità è indotta sul rotore grazie all’induzione elettromagnetica, e NON, dalla connessione elettrica diretta.
Per favorire tale induzione elettromagnetica, degli strati di lamine in ferro sono racchiuse all’interno del rotore.
Queste lamine sottili di materiale ferromagnetico favoriscono l’induzione magnetica limitando al minimo le correnti parassite.
Possiamo intuire che il motore a induzione ha un grande vantaggio: è per natura autoavviante, ovvero, 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.
In questa animazione vediamo che sia il campo magnetico che il rotore stanno ruotando, ma a quale velocità ruoterà il rotore?
Per ottenere la risposta a questa domanda, dobbiamo prendere in considerazione diversi casi:
Consideriamo il caso in cui la velocità del rotore sia uguale a quella del campo magnetico.
Dato che il campo magnetico e le spire ruotano alla stessa velocità, il campo magnetico non viene mai sezionato dalle spire e quindi la forza di Lorentz è nulla.
Questo si traduce in una coppia nulla sulla barra del rotore e il rotore rallenterà gradualmente.
Mentre rallenta, il campo magnetico verrà sezionato dalle spire, e quindi la corrente e la forza indotte aumenteranno di nuovo.
Il rotore dunque aumenterà la velocità.
In breve, il rotore non sarà mai in grado di raggiungere la velocità del campo magnetico.
Ruota a una velocità specifica leggermente inferiore alla velocità sincrona.
La differenza tra la velocità sincrona e quella del rotore è nota come: Velocità di slittamento.
Ora capiamo perché i motori a induzione sono così diffusi sia in abito industriale che in ambito domestico.
È possibile anche notare che i motori a induzione non hanno un magnete permanente.
Non hanno nemmeno spazzole, anelli di commutazione o sensori di posizione, come le altre tipologie di macchine elettriche.
I motori a induzione sono assolutamente autonomi.
Il loro maggiore vantaggio è che la loro velocità può essere regolata facilmente controllando la frequenza della potenza di alimentazione.
Per spiegarlo meglio, consideriamo ancora una volta la versione semplificata di un avvolgimento di statore.
Abbiamo già appreso che il campo magnetico rotante è generato a causa della tensione trifase in ingresso.
È dunque chiaro che la velocità del campo magnetico rotante è proporzionale alla frequenza dell’alimentazione elettrica.
Poiché il rotore cerca sempre di allinearsi al campo magnetico, anche la velocità del rotore è proporzionale alla frequenza della tensione alternata.
Pertanto, utilizzando un convertitore di frequenza, è possibile controllare molto facilmente la velocità del motore a induzione.
Queste proprietà del motore a induzione, lo rendono idoneo ad essere impiegato nei settori industriali più svariati, come le industrie alimentari, chimiche, metallurgiche, o in impianti di trattamenti acque o di tipo estrattivo.
Esso infatti può essere utilizzato in sistemi di sollevamento come ascensori o montacarichi, in sistemi di trasporto come nastri trasportatori e anche nelle auto elettriche.
A causa dell’ampia banda di frequenza di funzionamento dei motori a induzione, le auto elettriche sono in grado di funzionare con una trasmissione a singola velocità.
Un’altra proprietà interessante del motore a induzione è quella di funzionare da generatore quando il suo rotore viene ruotato passivamente.
In questo caso è però necessario assicurarsi che la velocità del campo magnetico rotante sia sempre inferiore alla velocità del rotore.
L’elettricità è indotta sul rotore grazie all’induzione elettromagnetica, e NON, dalla connessione elettrica diretta.
Per favorire tale induzione elettromagnetica, degli strati di lamine in ferro sono racchiuse all’interno del rotore.
Queste lamine sottili di materiale ferromagnetico favoriscono l’induzione magnetica limitando al minimo le correnti parassite.
Possiamo intuire che il motore a induzione ha un grande vantaggio: è per natura autoavviante, ovvero, 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.
In questa animazione vediamo che sia il campo magnetico che il rotore stanno ruotando, ma a quale velocità ruoterà il rotore?
Per ottenere la risposta a questa domanda, dobbiamo prendere in considerazione diversi casi:
Consideriamo il caso in cui la velocità del rotore sia uguale a quella del campo magnetico.
Dato che il campo magnetico e le spire ruotano alla stessa velocità, il campo magnetico non viene mai sezionato dalle spire e quindi la forza di Lorentz è nulla.
Questo si traduce in una coppia nulla sulla barra del rotore e il rotore rallenterà gradualmente.
Mentre rallenta, il campo magnetico verrà sezionato dalle spire, e quindi la corrente e la forza indotte aumenteranno di nuovo.
Il rotore dunque aumenterà la velocità.
In breve, il rotore non sarà mai in grado di raggiungere la velocità del campo magnetico.
Ruota a una velocità specifica leggermente inferiore alla velocità sincrona.
La differenza tra la velocità sincrona e quella del rotore è nota come: Velocità di slittamento.
Ora capiamo perché i motori a induzione sono così diffusi sia in abito industriale che in ambito domestico.
È possibile anche notare che i motori a induzione non hanno un magnete permanente.
Non hanno nemmeno spazzole, anelli di commutazione o sensori di posizione, come le altre tipologie di macchine elettriche.
I motori a induzione sono assolutamente autonomi.
Il loro maggiore vantaggio è che la loro velocità può essere regolata facilmente controllando la frequenza della potenza di alimentazione.
Per spiegarlo meglio, consideriamo ancora una volta la versione semplificata di un avvolgimento di statore.
Abbiamo già appreso che il campo magnetico rotante è generato a causa della tensione trifase in ingresso.
È dunque chiaro che la velocità del campo magnetico rotante è proporzionale alla frequenza dell’alimentazione elettrica.
Poiché il rotore cerca sempre di allinearsi al campo magnetico, anche la velocità del rotore è proporzionale alla frequenza della tensione alternata.
Pertanto, utilizzando un convertitore di frequenza, è possibile controllare molto facilmente la velocità del motore a induzione.
Queste proprietà del motore a induzione, lo rendono idoneo ad essere impiegato nei settori industriali più svariati, come le industrie alimentari, chimiche, metallurgiche, o in impianti di trattamenti acque o di tipo estrattivo.
Esso infatti può essere utilizzato in sistemi di sollevamento come ascensori o montacarichi, in sistemi di trasporto come nastri trasportatori e anche nelle auto elettriche.
A causa dell’ampia banda di frequenza di funzionamento dei motori a induzione, le auto elettriche sono in grado di funzionare con una trasmissione a singola velocità.
Un’altra proprietà interessante del motore a induzione è quella di funzionare da generatore quando il suo rotore viene ruotato passivamente.
In questo caso è però necessario assicurarsi che la velocità del campo magnetico rotante sia sempre inferiore alla velocità del rotore.