Motore asincrono
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MOTORE ASINCRONO. Allievi Meccanici. Motore asincrono. Campo rotante, circuito equiv.nte, caratt.ca meccanica, avviamento e regolazione . Un sistema elettromeccanico. Se il rotore ruota con velocità Scorrimento . Genesi statica campo rotante; avvolgimento trifase concentrato.

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Presentation Transcript
Motore asincrono

MOTORE ASINCRONO

Allievi Meccanici


Motore asincrono1

Motore asincrono

Campo rotante, circuito equiv.nte, caratt.ca meccanica, avviamento e regolazione


Un sistema elettromeccanico
Un sistema elettromeccanico

Se il rotore ruota con velocità

Scorrimento





Legge di amp re
Legge di Ampére concentrato

Nel caso di N spire in serie di un avvolgimento attraversate dalla corrente i e concatenate con λ, si ha:

Se supponiamo nel ferro si ha:


Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato
Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato concentrato

su linea a →

su linea b

Su linea c


Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato1
Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato concentrato

Il diagramma di H (componente di secondo la normale entrante nella superf. interna di statore) a meno di μ0 fornisce anche l’analoga compon.te B di nel traferro Tale diagramma è definito a meno di una costante poiché deriva da un’integrazione. La posizione di tale diagramma rispetto all’asse delle ascisse può essere dedotta considerando la soleoinodalità di .


Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato2
Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato concentrato

Per la soleinodalità di il flusso dello stesso uscente dalla superficie chiusa S costituita dalla superficie interna di statore e dalle sue basi frontali è nullo:

Il valore medio di B o di H è quindi nullo.

R e L sono il raggio e la lunghezza della superficie interna di statore




Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato5
Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato concentrato

L’avvolgim.to crea un campo a distribuzione spaziale sinusoidale.

I massimi delle semionde positiva e negativa coincidono con la mezzeria dei poli sud e nord. L’asse neutro (B=0) con il piano dello avvolgim. concentrato



Campo magnetico creato da un avvolgimento distribuito1
Campo magnetico creato da un avvolgimento distribuito concentrato

Avvolgimento concentr.

numero di spire in serie=N condut. x cava

Avvolgim. distribuito

B=B1+B2+B3→

dove

Kw fattore d’avvolg.<1 e


Campo magnetico creato da un avvolgimento distribuito2
Campo magnetico creato da un avvolgimento distribuito concentrato

Il fattore di avvolgimento Kw dato da:

consente di sostituire un avvolgimento distribuito di spire con un avvolgimento concentrato equivalente di spire




Calcolo campo risultante
Calcolo campo risultante S)

Il campo risultante deriva dalla somma dei 3 campi pulsanti di ciascuna fase


Calcolo campo risultante1
Calcolo campo risultante S)

Applicando la relaz.ne trigonometrica

si ottiene:

dove


Campo rotante teorema di galileo ferraris
Campo rotante (Teorema di Galileo Ferraris) S)

La relazione:

esprime il teorema di Galileo Ferraris e rappresenta un campo rotante. Lo spostam. tra le curve (1) e (2) nel tempo è tale che:

è la velocità del campo rotante


Coppie polari p 1
Coppie polari p > 1 S)

Num. di poli=num. di semi onde=2p


Campo rotante per p 1
Campo rotante per p>1 S)

Teorema di G. Ferraris

Lo spostam. tra le curve (1) e (2) nel tempo è tale che:


Teorema di galileo ferraris
Teorema di Galileo Ferraris S)

Rappresenta una distribuzione di p onde sinusoidali (corrispondenti a p poli Nord e a p poli Sud) viaggianti in senso orario lungo il traferro con velocità angolare:


Velocit del campo rotante
Velocità del campo rotante S)

Esprimendo la velocità in giri al minuto:

si ottiene per :

[giri/min]

e vengono dette velocità di sincronismo del motore. Se f=50 Hz si ha:

se p=1 o p=2 o p=3 si ha rispettivamente

=3000 o 1500 o 750 giri al minuto


Flusso e f e m nello statore per effetto del campo rotante
Flusso e f.e.m nello statore per effetto del campo rotante S)

Flusso concatenato con una spira ϒ della fase 1

La f.e.m. e indotta nella stessa spira è data da:


Flusso e f e m nello statore per effetto del campo rotante1
Flusso e f.e.m nello statore per effetto del campo rotante S)

La velocità relativa tra campo rotante e statore è ωc e la pulsazione della f.e.m. e è data dal prodotto di tale velocità relativa per p e cioè da ω=pωc.

Analogamente si calcolano il flusso e la corrispondente f.e.m. per le fasi 2 e 3.

I flussi concatenati con una spira delle fasi 1,2 e 3 costituiscono una terna simmetrica diretta; anche le corrispondenti f.e.m. costuiscono una terna simmetrica diretta.


Il funzionamento del motore

Il funzionamento del motore S)

Tipologie di rotore





Il numero di poli del rotore
Il numero di poli del rotore S)

Il numero di poli del rotore nel caso di motore a gabbia semplice e doppia è eguale a quello dello statore, poiché nell’avvolgimento rotorico i poli sono automaticamente indotti dal campo rotante statorico. Nel caso del rotore avvolto il numero di poli è determinato dalle modalità con cui sono collegati tra loro i conduttori nelle cave e quindi può essere anche diverso da quello di statore.



Flusso e f e m nel rotore a macchina ferma
Flusso e f.e.m nel rotore a macchina ferma S)

Il campo rotante produce un flusso di concatenato con una spira della fase 1 di rotore, supposta allineata con quella di statore, ancora dato da:

avendo supposto il numero delle coppie polari del rotore eguali a quello dello statore.

La pulsazione della fem (-dφϒ/dt) è ancora pari a ω.


Effetti delle f e m nello statore e nel rotore a macchina ferma
Effetti delle f.e.m. nello statore e nel rotore a macchina ferma

Il campo rotante statorico induce nello statore e nel rotore le f.e.m, espresse nel dominio dei fasori:

dove è il flusso concat. con una spira, e le spire in serie per fase di statore e rotore, e i corrispondenti fattori d’avvolgimento. Le f.e.m indotte fanno circolare correnti nell’avvolgimento rotorico polifase, che, come nello statore, costituiscono un sistema simmetrico diretto%


Effetti delle f e m nello statore e nel rotore a macchina ferma1
Effetti delle f.e.m. nello statore e nel rotore a macchina ferma

→nasce un campo rotante di reaz. avente la stessa velocità e lunghezza d’onda di quello statorico, se il numero di poli di statore e rotore sono eguali. I due campi rotanti sono pertanto sommabili e il campo risultante, sostenuto dalle correnti statoriche e rotoriche, ruota con la stessa velocità ωc. Si ha pertanto un accoppiamento trasformatorico tra statore e rotore. Le LKT di fase sono identiche a quelle del trasformatore in corto circuito


Effetti delle f e m nello statore e nel rotore a macchina ferma2
Effetti delle f.e.m. nello statore e nel rotore a macchina ferma

che sono rappresentate da un circuito equiv. analogo a quello del trasformatore. In tali equazioni:

è la resistenza di fase dell’avvolgimento statorico;

l’induttanza di dispersione di fase dell’avvolgimento statorico;

la resistenza di fase dell’avvolgimento rotorico;

l’induttanza di dispersione di fase dell’avvolgimento rotorico.


Circuito equivalente a rotore fermo
Circuito equivalente a rotore fermo ferma

rapp. di trasformaz.

Lminduttanza principale di statoreRm porta in conto le Pfe



Un sistema elettromeccanico1
Un sistema elettromeccanico ferma

Se rotore ruota con velocità

Scorrimento


F e m in un motore con p coppie polari
F.e.m in un motore con p coppie polari ferma

Si è già visto che il flusso concat. con una spira dello statore e la f.e.m. in essa hanno una pulsazione data dal prodotto della velocità relativa tra campo rotante e stat. per il numero di coppie polari p dello statore ( ) . Un risultato analogo vale per il rotore.


Campo di reazione rotorico
Campo di reazione rotorico ferma

Se il numero di coppie polari del rotore è eguale a quello dello statore p, la pulsaz. delle f.e.m. indotte nel rotore è data da

dove

Se l’avvolgimento del rotore è polifase nasce un campo rotante di reazione rotorico, la cui velocità rispetto al rotore è

ed allo statore %


Campo di reazione rotorico1
Campo di reazione rotorico ferma

I due campi statorico e rotorico hanno la stessa lunghezza d’onda e ruotano con la stessa velocità rispetto allo statore. Si avrà quindi un campo rotante risultante , che si potrà sempre esprimere come:

dove è sostenuto sia dalle correnti di statore che di rotore.


F e m risultanti
F.e.m. risultanti ferma

La f.e.m. risultante nello statore è data da:

La analoga f.e.m. nel rotore è data da:

L’operatore jsω rappresentativo della d/dt evidenzia che i fasori relativi al rotore rappresentano grandezze di pulsazione sω.





Circuito equivalente a t
Circuito equivalente a T ferma

rapp. di trasformaz.




Bilancio delle potenze1
Bilancio delle potenze ferma

Pot. Ass.

Pot. Sinc.

Pot. Mecc.


Rendimento del motore
Rendimento del motore ferma

Il rendimento è dato da

dove

e P0 è la pot.za a vuoto

Piccole mot. η=0,75

Grandi mot. η=0,95↔0,97


Coppia elettromeccanica
Coppia elettromeccanica ferma

C. elettromecc.


Coppia elettromeccanica1
Coppia elettromeccanica ferma

C=Cem. Per calcolare Cmax si pone

Cmax indip. da

Tratto APO stabile

Tratto AQB instabile

s* scorrimento di rovesciamento



Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento
Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento ferma

P punto di lavoro intersez. tra caratt. del motore e della coppia resistente del carico meccanico.

Capac. di sovracc.co

è data dal rapp.to tra la coppia massima CM e la coppia nominale


Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento1
Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento ferma

Il punto di lavoro si trova sul tratto stabile della caratteristica C-s. Tale tratto è quasi verticale (rigidità della caratterica C-s→ velocità quasi costante al variare del carico). → un calo di tensione determina un calo della capac. di sovraccarico e può portare P sul tratto instabile.


Caratteristica coppia velocit
Caratteristica coppia velocità ferma

n ed nc num. di giri al minuto del motore e del campo rotante (veloc. sincronismo).

Per n> nc funzionam. da generatore


Avviamento del motore
Avviamento del motore ferma

L’avviam. corrisponde a s=1. Inconvenienti:

  • coppia bassa

  • correnti elevate (funzionam.nto analogo al trasformat. in c.c.)

    Se Cem < Cr motore non spunta. Comunque una bassa prevalenza di Cem su Cr determina una %


Avviamento del motore1
Avviamento del motore ferma

bassa accelerazione e un rallentamento dell’avviamento. Una persistenza del motore intorno a s=1 determina un riscaldamento eccessivo del motore e una persistente caduta di tensione in rete. La corrente assorbita, per quanto elevata, è però minore di quella del trasformatore per s=1, perché è limitata dalle reattanze di dispersione maggiori nel motore rispetto al trasformatore a causa della maggiore dimensione del traferro. I provvedimenti adottati sono diversi a seconda del diverso tipo di avvolgimento rotorico.


Avviamento del motore a rotore avvolto
Avviamento del motore a rotore avvolto ferma

In tale motore è possibile variare r’R inserendo un reostato nell’avvolgim. rotorico. Così aumenta Cem e diminuisce IS in avviam. (s=1). Aumenta però anche s del funzionamento ordinario e quindi Pjr e diminuisce il rendimento. Dopo l’avviam. si disinserisce gradualmente il reostato.



Avviamento del motore a gabbia semplice
Avviamento del motore a gabbia semplice ferma

Non è possibile inserire un reostato nell’avvolgimento rotorico. Se il motore è di piccola potenza è meno importante il rendimento e si può aumentare r’R. Per potenze maggiori, se il motore può partire a vuoto, si può prescindere dal basso valore della coppia d’avviamento, limitandosi a ridurre la corrente assorbita. A tale scopo si può ridurre in avviamento la tensione di alimentazione. Essendo Cem=f(V2) si ha una notevole riduz. della coppia, per cui a motore avviato si riapplica la piena tensione


Avviamento del motore a gabbia semplice1
Avviamento del motore a gabbia semplice ferma

Per ridurre la tensione o si usa un commutatore ΔY o si alimenta il motore con un variatore elettronico di corrente. Se il motore non parte a vuoto si può usare un motore a doppia gabbia.


Motore a doppia gabbia1
Motore a doppia gabbia ferma

Induttanze di dispersione

linee medie dei tubi di flusso di dispersione concatenati con le barre gabbie esterne e interne

riluttanze di tali tubi di flusso ( )

Resistenze

sezioni barre gabbie est. ed int.( )


Motore a doppia gabbia2
Motore a doppia gabbia ferma

Impedenze rotoriche

Per s=1 la IR si addensa nella gabbia esterna che ha una caratteristica fortemente resistiva e quindi determina una buona coppia di avviamento

Per s=sN la IR

si addensa nella gabbia interna che ha una %


Motore a doppia gabbia3
Motore a doppia gabbia ferma

caratterist. fortemente induttiva e quindi una forte pendenza iniziale della curva Cem-s ed un buon rendim. a regime.

La coppia effettiva e approssimativamente data dalla somma delle coppie relative a ciascuna delle gabbie


Regolazione di velocit
Regolazione di velocità ferma

Essendo la velocità di rotazione data da:

per variare la velocità si può agire

  • sullo scorrimento s,

  • sul numero di coppie polari p,

  • sulla frequenza f.


Regolazione di velocit variando lo scorrimento
Regolazione di velocità variando lo scorrimento ferma

  • Si ottiene inserendo una resistenza variabile nel rotore

  • Possibile solo nel motore a rotore avvolto

  • A partire dalla caratt. naturale si può solo rallentare.

  • Aumentando s peggiora il rendim.to

  • Perciò le variaz. di veloc. sono modeste


Regolazione di velocit variando il numero p delle coppie polari
Regolazione di velocità variando il numero p delle coppie polari

  • La variazione di velocità è discontinua ( ad es. variando p da 1 a 2, passa da 3000 giri a 1500 giri al min.)

  • Per variare p si può intervenire solo sull’avvolgimento statorico, non essendo possibile nel rotore modificare le connessioni dell’avvolgim. a macchina in movimento.

  • È possibile solo nel motore a gabbia , in cui l’avvolgimento a gabbia adegua automaticamente il suo numero di poli a quello dell’avvolgimento statorico.


Regolazione di velocit variando la frequenza di alimentazione
Regolazione di velocità variando la frequenza di alimentazione

La variaz. di f comporta necessariamente anche la variaz. della tensione di alimentaz. del motore VS. Sono possibili diverse leggi di regolaz. VS=F(f). Molto usata è la legge VS/f=costante, adottata per ottenere approssimativamente la costanza del flusso Φ. %


Regolazione di velocit variando la frequenza di alimentazione1
Regolazione di velocità variando la frequenza di alimentazione

Infatti, trascurando la caduta di tensione nello statore la LKT dello stesso è:

la costanza di VS/f comporta pertanto la costanza di Φ e quindi della coppia massima, poiché:

per basse freq. non si può trascurare la caduta di tensione nello statore


Motore asincrono monofase
Motore asincrono monofase alimentazione

Se non è disponibile l’alimentaz. trifase, per piccole potenze, da decine di W fino a pochi kW, è possibile l’uso del motore monofase, costituito da un rotore a gabbia e da uno statore monofase. Questo si può ad es. ottenere collegando in serie due fasi di un mot. trifase. %


Motore asincrono monofase1
Motore asincrono monofase alimentazione

Se tale mot. trifase ha un avvolgim. trifase distribuito sulla superficie interna dello statore, 2/3 di tale superficie saranno occupati dall’avvolgim. principale monof. del mot. monof. L’altro terzo potrà essere occupato da un avvolgim. ausiliario utile per l’avviam. del motore.


Motore asincrono monofase il campo magnetico pulsante
Motore asincrono monofase, il campo magnetico pulsante alimentazione

L’avvolgim. monofase crea il campo pulsante:

essendo:

il campo pulsante è esprimibile come somma di due campi Bd e Bi di ampiezza metà e rotanti in verso opposto con velocità ωc (ωc= ω/p).


Scorrimenti rispetto al campo diretto b d e inverso b i
Scorrimenti rispetto al campo diretto B alimentazioned e inverso Bi

Il rotore, rotante con velocità +ωr, presenta lo scorrim. sd rispetto al campo diretto Bd rotante con veloc. e rispetto al campo inverso Bi, rotante con veloc. lo scorrim. si. La relaz. tra sd e si è:

Assumendo come scorrim. principale s lo scorrim. sd,si ha:


Il motore asincrono monofase la caratteristica elettromeccanica
Il motore asincrono monofase, la caratteristica elettromeccanica

Sul rotore agiscono la “coppia diretta” Cd creata da Bd concorde con e la “coppia inversa” Ci creata da Bi opposta a . Trascurando le interazioni tra Bd e Bi:

dove è la coppia di un mot. trif. con lo stesso Ns del mot. monof. e:


Avviamento del motore monofase
Avviamento del motore monofase elettromeccanica

La coppia d’avviam. (s=1) è nulla, poichè i due campi diretti ed inversi si equilibrano. Se il motore è avviato con veloc.ωr prevale il campo concorde con ωr. Il motore può essere avviato meccanicamente oppure elettricam. creando un campo rotante. Non essendo possibile creare un campo rotante trifase creato da un sistema simmetrico trifase di correnti, si può ricorrere ad un campo bifase creato dagli avvolgim. principale ed ausiliario.


Campo bifase
Campo bifase elettromeccanica

Il campo è creato dagli avvolgimenti principale ed ausiliario, i cui assi magnetici sono ortogonali e che sono attraversati dalle correnti ip ed ia :

Se p=1

Campo principale

Campo ausiliario

Campo risultante



Motore a poli tagliati
Motore a poli tagliati elettromeccanica


Configuraz motore trifase
Configuraz. motore trifase elettromeccanica


Motore trifase
Motore trifase elettromeccanica




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