I motori trifase: come funzionano, uso nelle auto

Giannip

motori trifase

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Cosa sono i motori trifase e come funzionano

I motori trifase sono un tipo di motore elettrico che utilizza una corrente alternata trifase per il suo funzionamento. Questi motori sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni industriali grazie alla loro efficienza e affidabilità.

La corrente alternata trifase è un tipo di corrente elettrica che viene generata e distribuita in tre diverse fasi. Queste tre fasi sono sfasate tra loro di 120 gradi, il che significa che mentre una fase raggiunge il suo picco, le altre due sono in diversi punti del loro ciclo. Questo permette un flusso di corrente più costante e meno interruzioni rispetto alla corrente alternata monofase.

Il motore trifase è composto da due parti principali: lo statore e il rotore. Lo statore è la parte fissa del motore e contiene avvolgimenti elettrici che generano un campo magnetico quando viene applicata la corrente elettrica. Il rotore è la parte rotante del motore e reagisce al campo magnetico generato dallo statore, causando la rotazione.

I motori trifase possono essere di due tipi principali: motori sincroni e motori asincroni. Nei motori sincroni, la velocità del rotore è sincrona con la frequenza della corrente elettrica. Nei motori asincroni, la velocità del rotore è leggermente inferiore alla frequenza della corrente, da qui il termine “asincrono”.

I motori trifase sono molto efficienti e affidabili, e possono funzionare per lunghi periodi di tempo con poca manutenzione. Sono inoltre in grado di gestire carichi pesanti e sono spesso utilizzati in applicazioni industriali come pompe, ventilatori, compressori e macchinari di produzione.

A cosa servono i motori trifase

Nell’industria automobilistica, i motori trifase sono utilizzati principalmente nei veicoli elettrici e ibridi. Questi motori, noti anche come motori elettrici AC (Corrente Alternata), sono fondamentali per il funzionamento di queste tipologie di veicoli.

Un motore trifase nell’automotive ha diverse funzioni:

  • Propulsione del veicolo: Il ruolo più importante di un motore trifase in un veicolo elettrico o ibrido è fornire la forza motrice per spostare il veicolo. Quando la corrente viene fornita al motore, genera un campo magnetico che fa ruotare l’albero del motore. Questa rotazione viene poi trasmessa alle ruote del veicolo, permettendo il movimento.
  • Recupero di energia: Durante la frenata, i motori elettrici trifase possono funzionare come generatori. Questo processo, noto come frenata rigenerativa, consente di recuperare parte dell’energia cinetica del veicolo e di convertirla in energia elettrica, che viene poi immagazzinata nella batteria del veicolo. Questo contribuisce ad aumentare l’efficienza energetica del veicolo.
  • Controllo della velocità: I motori trifase permettono un controllo preciso della velocità del veicolo. Utilizzando un inverter, è possibile variare la frequenza della corrente alternata fornita al motore, permettendo di controllare la velocità di rotazione dell’albero del motore. Questo offre un controllo molto più preciso della velocità rispetto ai motori a combustione interna.
  • Riduzione delle emissioni: I motori trifase non producono emissioni dirette di gas serra, rendendo i veicoli elettrici e ibridi più rispettosi dell’ambiente rispetto ai veicoli a combustione interna.

In conclusione, i motori trifase svolgono un ruolo fondamentale nell’industria automobilistica, in particolare nei veicoli elettrici e ibridi, dove contribuiscono alla propulsione del veicolo, al recupero di energia, al controllo della velocità e alla riduzione delle emissioni.

I motori trifase nel dettaglio: asincroni, a monofase, ecc.

Iniziamo il nostro viaggio nel mondo dei motori asincroni trifase, una delle macchine elettriche più affidabili e versatili che esistano. Questi motori, infatti, possono funzionare per molti anni con una manutenzione minima e si adattano a una vasta gamma di prestazioni, coprendo sia le applicazioni di produzione che di servizio.

I motori asincroni trifase trovano impiego in una miriade di settori industriali, tra cui l’industria alimentare, chimica, metallurgica, le cartiere e gli impianti di trattamento delle acque o di estrazione. Le applicazioni riguardano macchine con parti in movimento a velocità fissa o variabile, come i sistemi di sollevamento (ascensori o montacarichi), di trasporto (nastri trasportatori), i sistemi di ventilazione e climatizzazione, e non da ultimo, le pompe e i compressori.

Il motore asincrono trifase è la macchina elettrica più diffusa in ambiente industriale, rappresentando circa il 75% del consumo totale di energia del settore industriale. Questo dato sottolinea l’importanza di questi motori per l’economia aziendale e per l’efficienza energetica in generale. Infatti, il costo di un motore nel corso della sua vita è dovuto per circa il 98% al consumo di energia e per il restante 2% alle spese di acquisto e manutenzione. Di conseguenza, diventa fondamentale ridurre i consumi elettrici, ad esempio attraverso l’uso di azionamenti a velocità variabile tramite inverter, o realizzando il rifasamento per avere un cosφ idoneo per evitare di incorrere in penali. Un’altra soluzione è l’utilizzo di motori ad alta efficienza, identificati con la sigla “EFF1”, che grazie a caratteristiche costruttive e materiali particolarmente evoluti, permettono di ridurre i consumi di energia elettrica fino al 20%.

Esistono due tipologie principali di motori asincroni trifase: quelli con rotore avvolto, noti anche come motori ad anelli, e quelli con rotore in cortocircuito, comunemente definiti come motori a gabbia di scoiattolo. La principale differenza tra i due tipi risiede nella struttura del rotore. Nel primo caso, il rotore è costituito da avvolgimenti veri e propri, come quelli dello statore, e presenta una struttura più complessa e delicata, con necessità di manutenzione periodica e dimensioni d’ingombro elevate. Nel secondo caso, il rotore è costituito da sbarre chiuse in cortocircuito, che danno origine ad un tipo di motore molto semplice, robusto ed economico.

Grazie allo sviluppo dell’elettronica di controllo, che permette la regolazione della velocità in modo molto semplice ed efficace, tutte quelle applicazioni che vedevano l’impiego di motori più facilmente soggetti ad avere nel proprio comportamento intrinseco la possibilità di una regolazione della velocità (motori in corrente continua o motori ad anello) hanno lasciato il posto ai motori asincroni, in particolare a quelli a gabbia di scoiattolo, che vengono comunemente utilizzati per comandare pompe, ventilatori, compressori e molte altre applicazioni industriali.

Per meglio comprendere come è strutturato un motore asincrono trifase, forniamo una breve descrizione delle principali parti che compongono la macchina rotante e nelle quali si generano i fenomeni elettrici da cui ne scaturisce il funzionamento. Il primo elemento che descriviamo è lo statore, che può essere definito come l’insieme delle parti fisse che svolge la funzione di sostenere almeno parzialmente la macchina, ma fondamentalmente costituisce la parte del circuito magnetico che contiene gli avvolgimenti induttori alloggiati in apposite cave in esso ricavate in corrispondenza della sua superficie interna.

Lo statore è costituito da lamierini in lega d’acciaio-silicio o in acciaio massiccio, isolati tra di loro. Dalla sua struttura dipende quanto sia interessato da flussi magnetici variabili nel tempo che provocano perdite per isteresi (legate alla magnetizzazione non lineare del materiale) e per correnti indotte parassite. Nelle cave ricavate nella struttura dei lamierini sono inseriti tre avvolgimenti primari (ognuno costituito da più bobine diversamente collegate tra loro), ai quali viene applicata la tensione di alimentazione e che generano il campo magnetico.

Gli avvolgimenti statorici trifase possono essere collegati a stella oppure a triangolo, la cosa è possibile con motori dotati di morsettiera con 6 morsetti, permettendo di alimentare lo stesso motore con tensioni trifase di rete differenti. Ad esempio la doppia indicazione potrebbe essere 230VΔ – 400VY oppure 400VΔ – 690VY dove il simbolo Y o Δ si riferisce al collegamento degli avvolgimenti di statore e si intende ad esempio per il secondo caso (400VΔ – 690VY), che gli avvolgimenti del motore connessi a Δ possono essere collegati ad una rete trifase a 400V (tensione concatenata cioè tra fase e fase), mentre se per lo stesso motore la connessione degli avvolgimenti di statore è fatta a Y il motore stesso può essere connesso ad una rete di alimentazione a 690V (gli avvolgimenti a Y saranno sottoposti alla tensione di rete ridotta di 3 volte).

Il secondo elemento è il rotore, che viene posizionato all’interno dello statore, e costituisce il circuito indotto della macchina. Per un motore a gabbia di scoiattolo il rotore, come rappresentato in figura 2, è costituito da un sistema di sbarre conduttrici (rame o alluminio) coassiali all’asse di rotazione, e pressofuse direttamente nelle cave ricavate lungo tutta la periferia esterna del nucleo ferromagnetico. Le sbarre sono collegate tra loro alle estremità da due anelli conduttori, formando così una gabbia di scoiattolo.

Il terzo elemento è l’involucro, che ha il compito di proteggere la macchina e di dissipare il calore prodotto durante il funzionamento. L’involucro può essere di diversi materiali, come alluminio, ghisa o acciaio, e può avere diverse forme, a seconda del tipo di motore e delle esigenze specifiche dell’applicazione.

Il quarto elemento è l’albero, che trasmette la coppia generata dal motore alla macchina operatrice. L’albero è solitamente realizzato in acciaio e può avere diverse forme, a seconda del tipo di motore e delle esigenze specifiche dell’applicazione.

Il quinto elemento sono i cuscinetti, che permettono all’albero di ruotare con il minimo attrito possibile. I cuscinetti possono essere di diversi tipi, a seconda del tipo di motore e delle esigenze specifiche dell’applicazione.

Il sesto elemento è il sistema di raffreddamento, che ha il compito di dissipare il calore prodotto durante il funzionamento del motore. Il sistema di raffreddamento può essere di diversi tipi, a seconda del tipo di motore e delle esigenze specifiche dell’applicazione.

Il settimo elemento è il sistema di alimentazione, che fornisce l’energia elettrica necessaria per il funzionamento del motore. Il sistema di alimentazione può essere di diversi tipi, a seconda del tipo di motore e delle esigenze specifiche dell’applicazione.

Il motore asincrono trifase è una macchina elettrica rotante che trasforma l’energia elettrica in energia meccanica. Il principio di funzionamento del motore asincrono trifase si basa sulla creazione di un campo magnetico rotante nello statore, che induce correnti nel rotore. Queste correnti generano a loro volta un campo magnetico nel rotore, che interagisce con il campo magnetico dello statore, creando una coppia che fa ruotare il rotore.

Il motore asincrono trifase è una macchina molto versatile, che può essere utilizzata in una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, per ottenere le migliori prestazioni, è importante scegliere il motore giusto per l’applicazione specifica e utilizzare un sistema di controllo adeguato.

In conclusione, il motore asincrono trifase è una macchina elettrica molto affidabile e versatile, che può essere utilizzata in una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, per ottenere le migliori prestazioni, è importante scegliere il motore giusto per l’applicazione specifica e utilizzare un sistema di controllo adeguato. Inoltre, è importante ricordare che l’efficienza energetica è un aspetto fondamentale nella scelta di un motore, e che l’uso di motori ad alta efficienza può portare a significativi risparmi energetici e riduzioni delle emissioni di CO2.

Motore trifase, link Wikipedia: https://it.wikipedia.org/wiki/Motore_trifase

 

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