Curiosando : Motore elettrico trifase

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Alvaro
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Curiosando : Motore elettrico trifase

Messaggio da Alvaro » sab feb 25, 2006 10:19 pm

Definizione di motore elettrico :
Macchina elettrica rotante atta a convertire energia elettrica in energia meccanica. Solitamente quest’ultima e’ fornita dalla rotazione di un albero sul quale agisce la coppia meccanica sviluppata dal motore stesso.

Esiste invero un numero incredibile di motori elettrici, sia per forma, dimensione, funzionamento, alimentazioni, ecc, ecc. Di tutti questi prendiamo in esame un particolare tipo di motore: quello asincrono a corrente alternata, che poi e’ quello maggiormente diffuso ed utilizzato e, nella fattispecie, il motore elettrico in corrente alternata asincrono trifase a rotore non avvolto, piu’ volgarmente detto (ma il termine e’ inesatto in quanto incompleto) motore elettrico trifase o motore asincrono trifase.
Per noi proiezionisti guarda caso e’ proprio quello che – salvo casi diversi – fa funzionare il nostro proiettore.

Se volessimo definire minuziosamente il motore del nostro proiettore dovremo chiamarlo:
Motore elettrico ad induzione, asincrono, trifase, a rotore non avvolto.

Vediamo brevemente il perche’ di questa definizione cosi’ strana e lunga:
Motore elettrico – perche’ utilizzando energia elettrica ci fornisce energia meccanica
Ad induzione – perche’ per funzionare sfrutta i campi magnetici generati dagli avvolgimenti
Asincrono – perche’ la sua velocita’ di rotazione e’ svincolata da quella di sincronismo
Trifase – perche’ per funzionare ha bisogno di tre fasi elettriche, solitamente a 380V
A rotore non avvolto – perche’ sul suo rotore non sono presenti avvolgimenti elettrici attivi, ossia alimentati.

Fermo restando che quanto verra’ detto da qui in avanti vale per tutti i motori di questo tipo, andiamo a vederne uno a noi familiare: quello del proiettore. Anche qui ce ne sono vari tipi che si differenziano tra loro soprattutto per la forma, per come sono fissati al proiettore, e per accorgimenti costruttivi secondari quali il sistema di autoventilazione, il sistema di trasmissione movimento al proiettore stesso, ecc.

Nella fattispecie il motore oggetto di questa curiosata e’ quello di uno Strong Century. Eccolo:

Il motore preso in esameImmagine

Prima di andare a curiosarci dentro per vedere come e’ fatto, vediamo, con poche parole, come fa a girare un motore elettrico di questo tipo senza dover scrivere un trattato su questo motore:

Esso e’ costituito da uno statore su cui vengono avvolti tre avvolgimenti (uno per fase) disposti a 120° elettrici tra loro. Il numero di gradi elettrici (ge) e’ uguale al numero di gradi meccanici (gm) moltiplicato per il numero delle coppie di poli (p) del motore, per cui ge=gm*p, da cui gm=ge/p. Se il motore è a due poli, per cui p=1, gli avvolgimenti sono a 120° meccanici tra loro; se e’ a quattro poli, per cui p=2, gli avvolgimenti sono a 60° meccanici tra loro e via cosi’. Applicando in queste condizioni un sistema di tensioni e correnti alternate trifasi, che sono sfasate tra loro di 120°, nel circuito magnetico del motore si produce una distribuzione di campo magnetico che e’ di intensita’ costante e che ruota a velocita’ angolare costante (fenomeno noto come campo magnetico rotante di Galileo Ferraris). La velocita’ angolare va, ossia giri al minuto primo, e’ legata alla frequenza f della rete di alimentazione e al numero delle coppie di poli p del motore secondo la formula va=(f/p)*60 e prende il nome di velocita’ di sincronismo (e fin qui uguale al motore sincrono).

Questo campo magnetico rotante ha la forza di trascinare in rotazione con se una massa metallica che vi si trovi immersa, ed e’ identico a quello che produrrebbe una ruota di espansioni polari in numero uguale ai poli del motore una volta che sia portata in rotazione alla velocita’ di sincronismo.

Il rotore, sistemato internamente allo statore altro non e’ che una massa metallica cilindrica con delle scanalure lungo le generatrici del cilindro stesso; scanalature entro le quali sono sistemati i conduttori dell’avvolgimento indotto del rotore. Questi avvolgimenti sono costituiti da barrette di alluminio e sono chiusi in cortocircuito ai due lati del cilindro stesso. Questo tipo di rotore si chiama a gabbia di scoiattolo.

A questo punto:
- a rotore fermo il campo magnetico rotante ha velocita’ di rotazione uguale a quella va di sincronismo rispetto ai conduttori dell’indotto che sono fermi;
- a rotore esso stesso in rotazione ad una velocità generica vg il campo magnetico rotante ha una velocita’ relativa rispetto all’indotto uguale alla differenza va-vg, la quale si annulla se il rotore ha velocita’ vg=va.

La differenza tra queste due velocita’ (di sincronismo dello statore e generica del rotore) va-vg si chiama scorrimento assoluto, mentre la stessa differenza riferita alla velocita’ di sincronismo ossia (va-vg)/va si chiama scorrimento relativo e generalmente questo valore viene espresso in percento.

Quindi:
fatta eccezione per il caso vg=va (scorrimento=zero) il campo magnetico rotante, e di conseguenza il flusso magnetico da esso generato, ruota a velocita’ diversa da zero rispetto ai conduttori dell’indotto (quelli sul rotore). In questa situazione viene pertanto indotta una f.e.m. (forza elettro motrice) sugli avvolgimenti rotorici e, poiche’ essi sono chiusi in corto-circuito, si origina in essi una corrente elettrica. Per effetto di questa, ed essendo i conduttori immersi in un campo magnetico e generando campo essi stessi, si determina una coppia meccanica sul rotore del motore facendolo ruotare. Essendo poi il rotore solidale con l’albero del motore, esso stesso fa girare l’albero da cui si preleva energia meccanica.

Il vantaggio di questo tipo di motore e’ quello di avere costi contenuti, vasti campi di applicazione e soprattutto di girare ad una velocita’ pressoche’ costante;

Lo svantaggio maggiore di questo tipo di motore e’ quello di avere scarsa regolabilita’ della velocita’ di rotazione, cosa che ne restringe i settori di applicazione. Esistono invero dei sistemi che ne permettono una buona regolazione come ad esempio lo Scherbius o il Krämer ma sono complicati e richiedono sistemi ausiliari elettronici e/o meccanici.


Appurato come fa a girare questo tipo di motore, andiamo a vedere cosa c’e’ dentro.

Parti costituenti il motoreImmagine
1:Avvolgimenti statorici – 2:rotore – 3:cuscinetti – 4:convogliatore aria – 5:coppa anteriore – 6:viteria – 7:ventola di raffreddamento – 8:coppa posteriore – 9:supporto o ancoraggio

Presa d’aria di raffreddamentoImmagine

ConvogliatoreImmagine
Funge innanzitutto da protezione di sicurezza contro accidentali contatti con la ventola in rotazione e in secondo luogo da convogliatore / direzionatore dell'aria di raffreddamento

ventola di raffreddamentoImmagine

alette di raffreddamento sul corpo del motoreImmagine
vengono investite dall’aria prodotta dalla ventola azionata dal motore stesso e la cui direzione e’ data dal convogliatore. Lambite dall’aria smaltiscono il calore per scambio termico.

supporto o ancoraggioImmagine

viteriaImmagine

coppa anteriore e posterioreImmagine
In questo particolare motore sono identiche, ma non necessariamente lo sono in tutti.

cuscinetti anteriore e posterioreImmagine
statoreImmagine

avvolgimenti elettrici statoriciImmagine

Interno dello statoreImmagine

rotore su alberoImmagine
Le linee oblique piu’ chiare sono gli avvolgimenti rotorici in alluminio chiusi in corto-circuito dai due anelli di alluminio ai lati del cilindro del rotore. Rotore denominato a gabbia di scoiattolo.

Anello di alluminio e bilanciatureImmagine
Particolare dell’anello di corto-circuito : i nottolini presenti servono, opportunamente livellati, a bilanciare la rotazione di tutta la massa rotorica. Tanto per intenderci servono e funzionano esattamente come i piombi che mettono i gommisti al bordo del cerchione quando eseguono la bilanciatura di un pneumatico dell’auto.

particolare del rotore : avvolgimenti rotoriciImmagine
Anche se sembrano interrotti nella mezzeria, in realta’ non lo sono in quanto penetrano in profondita’ nella massa del rotore. Qesta specie di interruzione e’ dovuta alla tornitura di rifinitura. Si notino in alto e in basso i due anelli di alluminio che chiudono a corto-circuito le barrete di alluminio costituenti i conduttori dell’avvolgimento a gabbia di scoiattolo.

Statore e rotoreImmagine
Il rotore all’interno dello statore. Il lasco che rimane tra il rotore e lo statore si chiama luce ed e’ invero molto esiguo: si gioca sui decimi di millimetro.

scheletroImmagine
Se togliessimo tutti gli avvolgimenti statorici e rotorici ad uno di questi motori, la foto precedente ci permetterebbe di vedere lo scheletro del motore: esso avrebbe questa forma tipica:

lasco o luceImmagine
Lo stuzzicadenti inserito a forza tra lo statore ed il rotore rende bene l’idea di quanto sia piccola questa differenza di diametri.

Chiudo con una statistica dei guasti piu’ tipici che mettono fuosi uso questo tipo di motore:

1) <font color="black">Motore bruciato – 85 %</font id="black">
Bruciatura di uno o pu’ avvolgimenti statorici derivante da difetto di alimentazione o blocco meccanico che ne impedisce l’avvio o eccessivo carico che ne impedisce la marcia regolare. La corrente elettrica che circola negli avvolgimenti permane per troppo tempo a valori eccessivi producendo sovrariscaldamento e conseguente bruciatura dell’avvolgimento stesso.

2) <font color="black">Motore grippato – 10 %</font id="black">
Uno o entrambi i cuscinetti possono bloccarsi per usura o per rottura della gabbia di contenimento delle sfere (o cilindretti, a seconda del tipo di cuscinetto). In genere questo guasto e’ preceduto da un forte rumore caratteristico del cuscinetto.

3) <font color="black">Motore impuntato – 3 %</font id="black">
La massa rotorica ha subito deformazioni per varie cause e struscia in uno o piu’ punti contro le pareti della cavita’ statorica entro la quale ruota.

4) Altre cause – 2 %




ciao - alvaro

MIRKO87
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Curiosando : Motore elettrico trifase

Messaggio da MIRKO87 » dom mar 12, 2006 7:03 pm

ciao...scusa una cosa???per otorne non avvolto,intendi a gabbia di scoiattolo???
la tua spiegazione mi è molto utile per la preparazione della tesi d'esame!!!
grazie mille alvaro...

Mirko
-Cinema Teatro Nuovo-
http://www.oratoriotrescore.it/CineTeatro/apertura.htm

MIRKO87
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Curiosando : Motore elettrico trifase

Messaggio da MIRKO87 » dom mar 12, 2006 10:39 pm

scusa....era una domanda cretina....è ovvio che sia a gabbia!!!
scusa ancora.............

Mirko
-Cinema Teatro Nuovo-
http://www.oratoriotrescore.it/CineTeatro/apertura.htm

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