È costituito da due parti principali: lo statore e il rotore. Lo statore è la parte stazionaria, il rotore è la parte rotante. Il rotore è posto all'interno dello statore. C'è una piccola distanza tra il rotore e lo statore, chiamata traferro, solitamente 0,5-2 mm.

Statore del motore asincrono

Rotore del motore asincrono

Statoreè costituito da un corpo e un nucleo con un avvolgimento. Il nucleo dello statore è assemblato in lamiera sottile di acciaio tecnico, solitamente di spessore 0,5 mm, rivestita con vernice isolante. Il design del nucleo laminato contribuisce a una significativa riduzione delle correnti parassite che si verificano durante il processo di inversione della magnetizzazione del nucleo da parte di un campo magnetico rotante. Gli avvolgimenti dello statore si trovano nelle fessure del nucleo.

Alloggiamento e nucleo dello statore di un motore elettrico asincrono

Progettazione di un nucleo laminato di un motore asincrono

Rotoreè costituito da un nucleo con un avvolgimento cortocircuitato e un albero. Anche il nucleo del rotore ha un design laminato. In questo caso le lamiere del rotore non sono verniciate, poiché la corrente ha una bassa frequenza e la pellicola di ossido è sufficiente a limitare le correnti parassite.

Principio di funzionamento. Campo magnetico rotante

Il principio del funzionamento trifase si basa sulla capacità di un avvolgimento trifase, quando collegato a una rete di corrente trifase, di creare un campo magnetico rotante.

Lancio

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Campo magnetico rotante di un motore elettrico asincrono

La frequenza di rotazione di questo campo, o frequenza di rotazione sincrona, è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata f 1 e inversamente proporzionale al numero di coppie polari p dell'avvolgimento trifase.

,

• dove n 1 è la frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore, giri al minuto,
• f 1 – frequenza della corrente alternata, Hz,
• p – numero di coppie polari

Concetto di campo magnetico rotante

Per comprendere meglio il fenomeno del campo magnetico rotante, consideriamo un avvolgimento trifase semplificato con tre spire. La corrente che scorre attraverso un conduttore crea un campo magnetico attorno ad esso. La figura seguente mostra il campo creato dalla corrente alternata trifase in un momento specifico

Lancio

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Campo magnetico di un conduttore rettilineo percorso da corrente continua

Campo magnetico creato dall'avvolgimento

I componenti della corrente alternata cambieranno nel tempo, facendo cambiare il campo magnetico che creano. In questo caso, il campo magnetico risultante dell'avvolgimento trifase assumerà orientamenti diversi, pur mantenendo la stessa ampiezza.

Campo magnetico creato da corrente trifase in tempi diversi

Corrente che circola nelle spire del motore elettrico (spostamento 60°)

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L'effetto di un campo magnetico rotante su un circuito chiuso

Ora posizioniamo un conduttore chiuso all'interno di un campo magnetico rotante. Un campo magnetico variabile genererà una forza elettromotrice (EMF) nel conduttore. A sua volta, l'EMF causerà una corrente nel conduttore. Pertanto, in un campo magnetico ci sarà un conduttore chiuso con una corrente, sul quale agirà di conseguenza una forza, a seguito della quale il circuito inizierà a ruotare.

L'influenza di un campo magnetico rotante su un conduttore chiuso percorso da corrente

Rotore a gabbia di scoiattolo di un motore asincrono

Anche questo principio funziona. Al posto del telaio che trasporta la corrente, all'interno del motore asincrono si trova un rotore a gabbia di scoiattolo, il cui design ricorda una ruota di scoiattolo. Un rotore a gabbia di scoiattolo è costituito da aste cortocircuitate alle estremità con anelli.

Rotore a gabbia di scoiattolo più utilizzato nei motori a induzione (mostrato senza albero e nucleo)

La corrente alternata trifase, passando attraverso gli avvolgimenti dello statore, crea un campo magnetico rotante. Pertanto, sempre come descritto in precedenza, verrà indotta una corrente nelle barre del rotore, facendo sì che il rotore inizi a ruotare. Nella figura sotto potete notare la differenza tra le correnti indotte nei picchetti. Ciò si verifica perché l'entità della variazione del campo magnetico differisce nelle diverse coppie di aste, a causa della loro diversa posizione rispetto al campo. La variazione di corrente nelle aste cambierà nel tempo.

Lancio

Fermare

Campo magnetico rotante che penetra un rotore a gabbia di scoiattolo

Potresti anche notare che i bracci del rotore sono inclinati rispetto all'asse di rotazione. Questo viene fatto per ridurre le armoniche più elevate della FEM ed eliminare l'ondulazione della coppia. Se le aste fossero dirette lungo l'asse di rotazione, in esse si creerebbe un campo magnetico pulsante a causa del fatto che la resistenza magnetica dell'avvolgimento è molto superiore alla resistenza magnetica dei denti dello statore.

Slittamento di un motore asincrono. Velocità del rotore

Una caratteristica distintiva di un motore asincrono è che la velocità del rotore n 2 è inferiore alla velocità sincrona del campo magnetico dello statore n 1 .

Ciò è spiegato dal fatto che la FEM nelle aste dell'avvolgimento del rotore viene indotta solo quando le velocità di rotazione n 2 sono disuguali

,

• dove s è lo scorrimento di un motore elettrico asincrono,
• n 1 – frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore, giri/min,
• n 2 – velocità del rotore, giri/min,

Consideriamo il caso in cui la frequenza di rotazione del rotore coincide con la frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore. In questo caso, il campo magnetico relativo del rotore sarà costante, quindi non verrà creata alcuna forza elettromagnetica, e quindi nessuna corrente, nelle aste del rotore. Ciò significa che la forza che agisce sul rotore sarà zero. Ciò rallenterà il rotore. Dopodiché sulle aste del rotore agirà nuovamente un campo magnetico alternato, aumentando così la corrente e la forza indotte. In realtà il rotore non raggiungerà mai la velocità di rotazione del campo magnetico dello statore. Il rotore ruoterà ad una certa velocità leggermente inferiore alla velocità sincrona.

Lo scorrimento di un motore asincrono può variare nell'intervallo da 0 a 1, ovvero da 0 a 100%. Se s~0 corrisponde alla modalità di minimo, in cui il rotore del motore non presenta praticamente alcuna coppia di contrasto; se s=1 - modalità di cortocircuito, in cui il rotore del motore è fermo (n 2 = 0). Lo slittamento dipende dal carico meccanico sull'albero motore e aumenta con la sua crescita.

Lo scorrimento corrispondente al carico nominale del motore è chiamato scorrimento nominale. Per i motori asincroni di bassa e media potenza lo scorrimento nominale varia dall'8% al 2%.

Conversione di energia

Controllo ad orientamento di campo di un motore elettrico asincrono mediante un sensore di posizione del rotore

Controllo orientato al campo consente di controllare in modo fluido e preciso i parametri di movimento (velocità e coppia), ma la sua implementazione richiede informazioni sulla direzione e sul vettore del collegamento del flusso del rotore del motore.

In base al metodo per ottenere informazioni sulla posizione del collegamento del flusso del rotore del motore elettrico, si distinguono:
• controllo del sensore ad orientamento di campo;
• controllo ad orientamento di campo senza sensore: la posizione del collegamento del flusso del rotore viene calcolata matematicamente in base alle informazioni disponibili nel convertitore di frequenza (tensione di alimentazione, tensioni e correnti dello statore, resistenza e induttanza degli avvolgimenti dello statore e del rotore, numero di poli del motore coppie).

Controllo ad orientamento di campo di un motore elettrico asincrono senza sensore di posizione del rotore

L'avviamento dei motori con rotore avvolto viene effettuato utilizzando un reostato di avviamento nel circuito del rotore.

Vengono utilizzati reostati a filo e liquidi.

Reostati metallici sono graduali e il passaggio da uno stadio all'altro viene effettuato manualmente utilizzando una maniglia del controller, il cui elemento essenziale è un albero su cui sono montati i contatti, oppure automaticamente utilizzando contattori o un controller azionato elettricamente.

Reostato liquidoè un recipiente con elettrolita in cui gli elettrodi vengono abbassati. La resistenza del reostato viene regolata modificando la profondità di immersione degli elettrodi.

Per aumentare l'efficienza e ridurre l'usura delle spazzole, alcuni ADFR contengono uno speciale dispositivo (meccanismo di cortocircuito) che, dopo l'avviamento, solleva le spazzole e chiude gli anelli.

Con l'avviamento reostatico si ottengono caratteristiche di avviamento favorevoli, poiché si ottengono valori di coppia elevati con valori di corrente di avviamento bassi. Attualmente, gli ADDF vengono sostituiti da una combinazione di un motore a induzione a gabbia di scoiattolo e un convertitore di frequenza.