MACCHINE ASINCRONE

1. Costruzioni elettromeccaniche a.a. 2003 -04 MACCHINE ASINCRONE bozza

2. Contenuti 1 - Morfologia e sistemi di raffreddamento 2 - Circuiti magnetici 3 - Avvolgimenti 4 - Caratteristiche elettriche 5 - Diagramma circolare 6 - Rotori a gabbia 7 - Campi armonici 8 - Parametri caratteristici di una macchina

3. asse orizzontale, supporti a scudo ventilazione a circuito aperto 1 – Morfologia e raffreddamento Motori di piccola e media potenza

4. alette di raffreddamento Motore di potenza asse orizzontale, supporti a cavalletto, raffreddamento a circuito aperto

5. cuscinetti di guida reggispinta Motore ad asse verticale

6. L conduttori attivi di rotore (indotto) ferro di statore cuscinetti ventola di raffreddamento D ferro di rotore scudo di supporto alette di raffreddamento avvolgimento di statore (induttore) alette rotanti di raffreddamento Elementi caratteristici di un motore asincrono di media potenza

7. t d n0 D M1 n Fmm genarata dall’avolgimento trifase di statore V1, I1, f1 2 – Circuiti magnetici Dimensioni e parametri caratteristici 2 poli 4 conduttori per polo e per fase

8. flusso al traferro F statore frequenza di statore f1 velocità di rotazione del campo rotante d’induttore [giri/min] velocità di rotazione del rotore [giri/min] n rotore scorrimento assoluto S = n0 - n scorrimento frequenza di rotore supponendo n° poli di statore e di rotore uguali: p1 = p2 = p

9. considerando il circuito magnetico formato solo dal traferro n0 M1 n de: traferro equivalente ; con kc coefficiente di Carter di statore e rotore Ns = q N : numero di conduttori in serie per polo e per fase Flusso al traferro V1, I1, f1

10. Wb P (HP) Flusso in funzione della potenza per una macchina asincrona

11. Fmm nominale di statore bc bc Spesso la Mn viene espressa in funzione della densità lineare di corrente A [Afili/m] che rappresenta la somma dei valori efficaci delle correnti nei conduttori dell’avvolgimento per ogni unità di lunghezza della circonferenza al traferro hc tc tc Itc: corrente totale di cava ; ac: coefficiente di utilizzazione della cava per nfasi = 3

12. Rotori Sono realizzati con lamierini legati al silicio dello stesso tipo di quelli utilizzati per gli statori, calettati direttamente sull’albero per piccole potenze, con l’interposizione di una lanterna negli altri casi. Circuiti magnetici • Statori • Non vi sono differenze sostanziali fra le strutture degli statori delle macchine asincrone e di quelle sincrone. Esse infatti non presentano alcuna differenza dal punto di vista funzionale. • Per il tratto di circuito magnetico relativo allo statore, sono utilizzati lamierini al silicio di tipo isotropo.

13. lc barra pressapacco canali di ventilazioni piastra e dita pressapacco pacchi magnetici elementari D/2 traferro rotore ncan = numero dei canali di ventilazione gc = fattore empirico di riduzione L Canali di ventilazione nel pacco statorico

14. Avvolgimenti di statore (induttore) • per le macchine di potenza sono realizzati con gli stessi criteri visti per le macchine sincrone; • per le macchine di piccola potenza sono in genere realizzati con matasse formate da numerosi conduttori flessibili; • Avvolgimenti di rotore (indotto) • per le macchine di potenza si utilizzano avvolgimenti avvolti (formati da conduttori attivi, collegamenti frontali ecc.) chiusi in corto circuito o facenti capo ad anelli per il collegamento con circuiti esterni; • per macchine di piccole o media potenza si utilizzano avvolgimenti a gabbia; 3 - Avvolgimenti

15. Esempi di cave di statore motore di piccola potenza motore da 1,2 MW, 6 kV

16. Avvolgimento di statore avvolto, embricato, 4 poli, 3 cave per polo e per fase statore di motore da 6 MW, 6 kV avvolgimento embricato, 4 poli

17. Avvolgimento di statore avvolto, ondulato, 4 poli, tre cave per poli e per fase avvolgimento ondulato, 6 kV, 4 poli, 6 cave per polo e per fase

18.  Y Collegamenti esterni ai morsetti

19. connessioni frontali L cave di statore D conduttori attivi Statore di un motore di potenza - 1,2 MW - 6 kV – avvolgimento ondulato

20. Statore di una macchina di piccola potenza con avvolgimento a matasse isolamento verso massa della matassa matasse

21. Particolare dell’isolamento verso massa di una matassa nello statore di una macchina di piccola potenza Motore da 5 kW, 380 V

22. L canali di raffreddamento cave di rotore Rotore avvolto di un motore di potenza - 1,2 MW - 6 kV

23. Rotore avvolto, avvolgimento embricato, in corto circuito

24. spazzole anelli circuito esterno Rotore avvolto, avvolgimento embricato, connessione ad anelli

25. spazzole anelli canali di raffreddamento Rotore avvolto con collegamento ad anelli (anno 1911)

26. conduttori attivi anelli di corto circuito alette di raffreddamento Rotore a gabbia in alluminio pressofuso Avvolgimento di rotore a gabbia

27. Avvoglimento di rotore a gabbia in motori di piccola potenza anelli di corto circuito con alette di raffreddamento

28. Motore di potenza con rotore a gabbia I motori asincroni sono ormai, nella quasi totalità, costruiti a gabbia, ed in particolare a doppia gabbia, anche per macchine di potenza (centinaia di kW) 25

29. principale caratteristica costruttiva è il grado di protezione IP67 (IP57). Le varie tipologie di questi motori possono lavorare all'aperto, periodicamente inondati o completamente e costantemente immersi in acqua, ad una profondità massima, nella versione standard, di mt.1 (pressione 0,1 bar). Gli avvolgimenti sono eseguiti con classe d'isolamento F. Motore di piccola potenza in esecuzione stagna Motore asincrono trifase Kw 0. 75 - poli 4 - grado di protezione IP57(IP67) servizio continuo senza ventilazione

30. fem indotta in ciascuna fase del rotore fermo (n = 0) fem indotta in ciascuna fase del rotore in rotazione fem indotta a rotore fermo (s = 1) fem indotta a rotore in movimento (s 1) 4 – caratteristiche elettriche fem indotta nell’avvolgimento di rotore

31. resistenza R2 a rotore fermo (s = 1) induttanza L2 a rotore in movimento (s 1) reattanza impedenza Parametri elettrici dell’avvolgimento di rotore

32. potenza elettrica assorbita perdite rame statore perdite ferro statore potenza trasmessa al rotore perdite rame rotore potenza meccanica prodotta perdite meccaniche potenza resa Pr rendimento Potenze e perdite

33. fem indotta a rotore fermo potenza elettrica trasmessa al rotore potenza meccanica trasmessa al rotore Coppia di trascinamento del rotore

34. coppia di trascinamento del rotore

35. Coppia in funzione dello scorrimento si suppone F = cost.(in realtà F diminuisce all’aumentare del carico per effetto della reazione d’indotto del rotore, e quindi varia con lo scorrimento) C Cmax s 0 0 . 0 0 0 . 2 0 0 . 4 0 0 . 6 0 0 . 8 0 1 . 0

36. Coppia massima Il denominatore diventa minimo per lo scorrimento che corrisponde alla coppia massima è dato dal rapporto fra la resistenza e la reattanza a rotore fermo dell’avvolgimento d’indotto.

37. C Cmax R2b R2a Cavv R2c R2d coppia massima R2a < R2b < R2c < R2d R2c = X0 n0 0 n s 1 0 scorrimento per la coppia massima sm = R2/X0 coppia di avviamento massima per R2 = X0 (sm = 1) Caratteristica meccanica

38. C 1,2 Fn 1,1 Fn Fn Cmax 0,9 Fn F n (g/min) 1350 1425 1200 1275 1500 s 0,2 0,05 0 Coppia in funzione del flusso (motore a 4 poli – n0 = 1500 g/min) scorrimento di coppia massima sm = 5%

39. Campo rotante d’indotto e d’induttore V1, I1, f1 n0 M1 n2 M2 n n Velocità di rotazione del campo rotante di rotore M2 rispetto allo statore Fmm generata dall’avvolgimento di rotore Fmm generata dall’avvolgimento di statore il campo rotante creato dalle correnti d’induttore (statore) e il campo rotante creato dalle correnti d’indotto (rotore) sono sempre sincroni qualunque sia la velocità del motore. Nonostante il movimento del rotore gli avvolgimenti dello statore e del rotore si comportano come il primario e il secondario di un trasformatore.

40. X2 R2 X1 R1 I1 I2 I1t V E2 E1 Rp Xm X0 R2 X1 R1 I2 I1t I1 V E0 E1 Rp Xm Circuito equivalente

41. NEst : numero di spire efficaci di statore (conduttori in serie per fase e per paia poli) NErt : numero spire efficaci di rotore (conduttori in serie per fase e per paia poli) fas : fattore di avvolgimento dello statore far : fattore di avvolgimento del rotore Fattore di trasporto K

42. trascurando il fattore di avvolgimento…… ( fas= far =1 ) statore rotore statore rotore numero totale conduttori 18 18 numero totale conduttori 18 24 numero fasi 3 3 numero fasi 3 6 numero poli 2 2 numero poli 2 2 conduttori in serie per polo e per fase 6 6 conduttori in serie per polo e per fase 6 4 n° spire efficaci NE 3 3 n° spire efficaci NE 3 2

43. X2 R2 X1 R1 I1 I2 I1t V Rp E1 E2 Iv R Xm Ip Im V Xm Rp Iv: corrente a vuoto Ip: corrente di perdita Im: corrente di magnetizzazione Iv Ip<<Im Ip Im Corrente a vuoto

44. Perdite a vuoto Perdite a vuoto effettivo (coppia resa nulla) Perdite a vuoto sincrono (scorrimento nullo) • perdite nel ferro primario • perdite nel ferro primario • perdite meccaniche Cp = cifra di perdita a 1T e frequenza nominale [W] Pn = potenza nominale [W] n = velocità di rotazione [giri/min]

45. considerando il circuito magnetico formato solo dal traferro poiché è anche in assenza di saturazione de: traferro equivalente ; con kc coefficiente di Carter di statore e rotore Corrente di magnetizzazione Im

46. R1 X1 R2 X0 I1t I1 I0 I2 V E0 E1 Rp Xm X1 R1 X01 R21 Icc V Corrente di corto circuito In cto.cto. (rotore bloccato) s = 1 ; R = 0

47. R1 X1 R2 X0 I1t I1 I0 I2 V E0 E1 Rp Xm R1 X1 R2 X0 I1t I1 I0 I2cc V E0 E1 Rp Xm Rapporto fra coppia di avviamento e coppia nominale Funzionamento a carico nominale Funzionamento allo spunto (corto circuito)

48. V1 C Icc B O’ D A I0 O 5 – diagramma circolare Costruzione del diagramma circolare

49. V1 C Icc I21 I1 j1 O’ A I0 O Diagramma circolare – tensioni e correnti V1 : tensione ai morsetti dello statore I1 : corrente di statore I2 : corrente di rotore I21 : corrente di rotore riportata al primario (statore) tiene conto del fatto che I0 varia col carico e quindi con lo scorrimento

50. V1 C Icc Pr Pass I1 retta delle potenze rese I21 j1 O’ Pcu Pp A Pfe I0 O retta delle potenze assorbite Diagramma circolare – potenze e perdite