Motore sincrono e asincrono

Rossetti Tommaso, Gambetta Gabriele, Bracco nicole e Mondino Giacomo

IL MOTORE SINCRONO E IL MOTORE ASINCRONO

Classe 5^S

LA CORRENTE ALTERNATA

Il motore sincrono e il motore asincrono sono entrambi due motori elettrici in corrente alternata, ma cos'è questa corrente? La corrente alternata è un tipo di corrente elettrica nella quale il flusso di elettroni inverte la propria direzione continuativamente nel tempo grazie all'azione dell'alternatore, un dispositivo in grado di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica.Il fisico e ingegnere elettrico Nikola Tesla sosteneva che il rendimento del motore a corrente alternata era migliore rispetto a quello a corrente continua, dato che garantiva un consistente risparmio energtetico. Grazie anche all'appoggio dell'imprenditore George Westinghouse, costruì il suo motore, applicato nella centrale idroelettrica delle Cascate del Niagara.

Nikola Tesla

Il funzionamento del motore elettromagnetico di Tesla

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Nella descrizione del suo brevetto, depositato nel 1887, Tesla afferma che la soluzione pratica del problema della conversione elettrica e della trasmissione di energia meccanica, dati i sistemi e le apparecchiature che venivano utilizzate in quel periodo, non si era in grado di soddisfarla. Per trovare una tale soluzione, in primo luogo, richiede un’uniformità di velocità nel motore indipendentemente dal suo carico entro i suoi normali limiti di funzionamento. Inoltre , per rendere più economica la conversione rispetto a quella finora esistita, è necessario costruire un apparato, ovviamente, più economico, più affidabile e semplice e, infine, l’apparato deve essere capace di facile gestione, e tale che ogni pericolo dall’utilizzo di correnti di alta tensione, necessarie ad una trasmissione economica, possa essere evitato.Nel tempo Tesla sviluppò ulteriormente e perfezionò il suo motore elettromagnetico, ottennendo successivamente moltissimi altri brevetti in relazione a tale tecnologia.

IL MOTORE DI NIKOLA TESLA

La differenza principale tra questi due motori elettrici è che quello sincrono prende il nome dalla sincronizzazione della velocità con la frequenza della corrente alternata che lo alimenta, mentre quello asincrono, chiamato anche motore a induzione, la rotazione e la frequenza di rete non coincidono.

Rotore

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Statore

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Motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo.

Il motore asincrono 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, da cui l'asincronismo. Il motore asincrono è detto anche motore a induzione in virtù del suo principio di funzionamento descritto di seguito. Quando, a causa di una forza esterna, il rotore ha una velocità superiore al campo rotante dello statore, il motore asincrono può essere utilizzato come generatore asincrono con o senza l'utilizzo di condensatori a seconda che venga collegato alla rete o no. È utilizzato per piccole potenze, in occorrenze nelle quali si preferisce la facilità d'impiego rispetto al motore sincrono che richiede l'uso di inverter (o di un sistema di eccitazione del campo rotorico) anche a discapito del rendimento. Tuttavia il rendimento è in funzione della potenza massima e diminuisce all'aumentare del numero di poli.

IL MOTORE ASINCRONO

Haselwander

Westinghouse

Nikola Tesla

Galileo Ferraris

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Uno dei primi studiosi a realizzare un motore elettrico sfruttando il campo magnetico rotante fu Galileo Ferraris nel 1885, anche se il sistema era bifase, ma chi brevettò il sistema trifase per un uso pratico a livello industriale fu Nikola Tesla nel 1888. Le intuizioni di Tesla furono poi sfruttate da George Westinghouse, il quale nel 1889 fondò la Westinghouse Electric Corporation, azienda che farà della produzione di motori asincroni trifase una delle sue attività principali. Un altro studioso che arrivò al motore trifase nello stesso periodo fu il tedesco Friedrich August Haselwander nel 1887.

LA STORIA DEL MOTORE ASINCRONO

Info

DA COSA E' COMPOSTO

Il motore si compone di una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore. Lo statore è formato da un pacco di lamierini aventi la forma di corona circolare. Le scanalature interne al pacco di lamierini statorici accolgono i conduttori (filo di rame smaltato) dell'avvolgimento statorico, che può essere trifase oppure bifase (a seconda del tipo di corrente alternata di alimentazione). Il rotore è situato all'interno dello statore ed è costituito da un pacco di lamierini aventi la forma di corona circolare. Esso presenta un foro interno per il passaggio dell'albero di rotazione, e scanalature esterne (cave rotoriche) per accogliere l'avvolgimento rotorico. Quest'ultimo può essere di due tipi: rotore avvolto (detto anche ad anelli); rotore a gabbia di scoiattolo (detto anche in cortocircuito). Tra statore e rotore è lasciato un piccolo spazio detto traferro, per consentire la libera rotazione del rotore. Questo sottile spessore d'aria (che funge da dielettrico) è di qualche decimo di millimetro o comunque quanto più piccolo consentito dalle tolleranze meccaniche. Gli avvolgimenti statorici sono in genere inglobati in resine, che garantiscono anche un'ottima protezione dall'acqua e dagli agenti atmosferici. Lo statore contiene in genere un numero pari di avvolgimenti in quanto, normalmente, ce ne sono due per ciascuna fase di alimentazione. Un motore a tre fasi, o trifase, avrà quindi come minimo sei avvolgimenti, cioè una coppia di poli per ogni fase, mentre un motore a due fasi avrà tipicamente quattro avvolgimenti. I due avvolgimenti di ciascuna coppia polare sono collegati in serie e disposti fisicamente l'uno di fronte all'altro.

COME FUNZIONA?

L'avvolgimento statorico è alimentato con una corrente alternata; grazie alla disposizione delle coppie polari, sfasate tra loro, la corrente genera un campo magnetico complessivo che ruota nello spazio con la stessa frequenza della corrente di alimentazione (campo magnetico rotante), chiamato campo di statore. L'avvolgimento del rotore (dotato di un certo numero di fasi, di norma chiuse in corto circuito), è immerso in questo campo magnetico rotante. Dato che il rotore gira più lentamente del campo di statore, il flusso magnetico sotteso dall'avvolgimento di rotore varia; di conseguenza, il campo magnetico rotante induce delle correnti nel rotore per induzione magnetica (legge di Faraday). Queste correnti indotte, a loro volta, generano un campo magnetico rotorico, che si oppone alle variazioni di flusso; esso interagisce con il campo statorico generando una coppia sull'avvolgimento rotorico che fa ruotare il rotore. Infatti, in accordo alla legge di Lenz, il campo magnetico indotto nel rotore ha sempre verso opposto rispetto a quello statorico.

Il motore sincrono è un tipo di motore elettrico in corrente alternata la cui velocità di rotazione è sincronizzata con la frequenza elettrica. Comunemente si tratta di motori con alimentazione trifase, ma i motori sincroni di piccola potenza sono spesso alimentati con la comune tensione monofase disponibile nelle abitazioni. Il motore sincrono è anche detto motore vettoriale o motore Rowan. La stessa macchina elettrica che funziona da motore sincrono può essere utilizzata anche come generatore elettrico, e in questo caso è detto alternatore; la maggioranza dei generatori elettrici è in effetti di questo tipo.

IL MOTORE SINCRONO

È costituito da un rotore (parte rotante solidale all'albero) su cui sono presenti diversi poli magnetici di polarità alterna creati da magneti permanenti o elettromagneti alimentati in corrente continua (detta corrente di eccitazione), e da uno statore su cui sono presenti gli avvolgimenti del circuito di alimentazione. Le espansioni polari dello statore creano un campo magnetico rotante che trascina le espansioni polari del rotore. La frequenza meccanica del motore sincrono è: Fr=Fv /P ( dove fV è la frequenza elettrica (ad esempio in Italia è 50 Hz, negli Stati Uniti è 60 Hz) e p è il numero di coppie di poli per ogni fase presenti nel motore. Motori con più espansioni polari per fase hanno velocità più basse ma sviluppano più coppia meccanica.

DA COSA E' COSTITUITO

L'avviamento di questo tipo di motore è relativamente complesso perché ha una curva di coppia impulsiva centrata sulla frequenza della corrente di alimentazione dello statore; questo significa che il rotore ha una coppia di trascinamento solo ed esclusivamente se sta girando alla stessa frequenza della corrente alternata dello statore. Per questo, il motore viene inizialmente portato alla velocità di rotazione finale per mezzo di un motore asincrono, quindi, dopo avere scollegato quest'ultimo, viene collegata la tensione di alimentazione alla stessa frequenza di rotazione raggiunta e, successivamente, inserito il carico meccanico utilizzatore. Negli ultimi anni l'utilizzo dell'elettronica di potenza ha semplificato drasticamente l'avviamento; infatti consente di regolare sia la tensione di alimentazione che la frequenza. Così partendo da frequenza nulla e facendola crescere molto gradatamente si aziona con continuità una coppia in grado di accelerare il motore a partire da fermo.

FUNZIONAMENTO

https://youtu.be/5fN_oYEiE_s

IL motore sincrono è un motore brushless, cioè senza spazzole e viene definito tale per il suo funzionamento.Il motore funziona senza l'utilizzo di contatto perchè il rotore ruota con la stessa velocità del campo magnetico rotante generato dall' avvolgimento rotorico. Otteniamo così maggiore efficenza data l'assenza di attrito.

Curiosità:

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https://www.motori-elettrici.com/la-storia.html

https://it.wikipedia.org/wiki/Motore_sincrono

https://it.wikipedia.org/wiki/Motore_asincronohttps://www.motorielettrici.info/it/le-parti-del-motore/pacchi-lamellari.htmlhttps://www.marposs.com/ita/application/statorhttps://it.wikipedia.org/wiki/Circuito_magneticohttps://it.wikipedia.org/wiki/Galileo_Ferrarishttps://it.wikipedia.org/wiki/Nikola_Teslahttps://it.wikipedia.org/wiki/George_Westinghousehttps://de.wikipedia.org/wiki/Friedrich_August_Haselwanderhttps://www.progettazione-impianti-elettrici.it/motori-asincroni-02-03-struttura.php

Siti consultati

https://massimedalpassato.it/primo-brevetto-sul-motore-elettrico/#:~:text=Il%201%C2%B0%20maggio%201888,oggetto%20un%20%E2%80%9Cmotore%20elettromagnetico%E2%80%9D.