MOTORE ASINCRONO Allievi Meccanici. Motore asincrono Campo rotante, circuito equiv.nte, caratt.ca...

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MOTORE ASINCRONO Allievi Meccanici

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  • MOTORE ASINCRONO Allievi Meccanici
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  • Motore asincrono Campo rotante, circuito equiv.nte, caratt.ca meccanica, avviamento e regolazione
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  • Un sistema elettromeccanico Se il rotore ruota con velocit Scorrimento
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  • Genesi statica campo rotante; avvolgimento trifase concentrato
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  • Poli creati da un avvolgimento monofase concentrato
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  • Campo creato da un avvolgimento monofase concentrato
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  • Legge di Ampre Nel caso di N spire in serie di un avvolgimento attraversate dalla corrente i e concatenate con , si ha: Se supponiamo nel ferro si ha:
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato su linea a su linea b Su linea c
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato Il diagramma di H (componente di secondo la normale entrante nella superf. interna di statore) a meno di 0 fornisce anche lanaloga compon.te B di nel traferro Tale diagramma definito a meno di una costante poich deriva da unintegrazione. La posizione di tale diagramma rispetto allasse delle ascisse pu essere dedotta considerando la soleoinodalit di.
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato Per la soleinodalit di il flusso dello stesso uscente dalla superficie chiusa S costituita dalla superficie interna di statore e dalle sue basi frontali nullo: Il valore medio di B o di H quindi nullo. R e L sono il raggio e la lunghezza della superficie interna di statore
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato
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  • I sinusoidale
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento concentrato Lavvolgim.to crea un campo a distribuzione spaziale sinusoidale. I massimi delle semionde positiva e negativa coincidono con la mezzeria dei poli sud e nord. Lasse neutro (B=0) con il piano dello avvolgim. concentrato
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  • Campo magnetico creato da un avvolgimento distribuito
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  • Avvolgimento concentr. numero di spire in serie=N condut. x cava Avvolgim. distribuito B=B1+B2+B3 dove Kw fattore davvolg.
  • Coppie polari p > 1 Num. di poli=num. di semi onde=2p
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  • Campo rotante per p>1 Teorema di G. Ferraris Lo spostam. tra le curve (1) e (2) nel tempo tale che:
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  • Teorema di Galileo Ferraris 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 velocit angolare:
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  • Velocit del campo rotante Esprimendo la velocit in giri al minuto: si ottiene per : [ giri/min ] e vengono dette velocit 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
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  • Flusso e f.e.m nello statore per effetto del campo rotante Flusso concatenato con una spira della fase 1 La f.e.m. e indotta nella stessa spira data da:
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  • Flusso e f.e.m nello statore per effetto del campo rotante La velocit relativa tra campo rotante e statore c e la pulsazione della f.e.m. e data dal prodotto di tale velocit relativa per p e cio da =p c. 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.
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  • Il funzionamento del motore Tipologie di rotore
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  • Motore a rotore avvolto
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  • Motore a gabbia
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  • Motore a doppia gabbia
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  • Il numero di poli del rotore Il numero di poli del rotore nel caso di motore a gabbia semplice e doppia eguale a quello dello statore, poich nellavvolgimento rotorico i poli sono automaticamente indotti dal campo rotante statorico. Nel caso del rotore avvolto il numero di poli determinato dalle modalit con cui sono collegati tra loro i conduttori nelle cave e quindi pu essere anche diverso da quello di statore.
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  • Funzionamento a macchina ferma
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  • Flusso e f.e.m nel rotore a macchina ferma 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 (-d /dt) ancora pari a .
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  • 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 il flusso concat. con una spira, e le spire in serie per fase di statore e rotore, e i corrispondenti fattori davvolgimento. Le f.e.m indotte fanno circolare correnti nellavvolgimento rotorico polifase, che, come nello statore, costituiscono un sistema simmetrico diretto%
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  • Effetti delle f.e.m. nello statore e nel rotore a macchina ferma nasce un campo rotante di reaz. avente la stessa velocit e lunghezza donda 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 velocit c. Si ha pertanto un accoppiamento trasformatorico tra statore e rotore. Le LKT di fase sono identiche a quelle del trasformatore in corto circuito
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  • 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: la resistenza di fase dellavvolgimento statorico; linduttanza di dispersione di fase dellavvolgimento statorico; la resistenza di fase dellavvolgimento rotorico; linduttanza di dispersione di fase dellavvolgimento rotorico.
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  • Circuito equivalente a rotore fermo rapp. di trasformaz. L m induttanza principale di statore R m porta in conto le P fe
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  • Funzionamento a macchina in movimento
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  • Un sistema elettromeccanico Se rotore ruota con velocit Scorrimento
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  • F.e.m in un motore con p coppie polari Si gi visto che il flusso concat. con una spira dello statore e la f.e.m. in essa hanno una pulsazione data dal prodotto della velocit relativa tra campo rotante e stat. per il numero di coppie polari p dello statore ( ). Un risultato analogo vale per il rotore.
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  • Campo di reazione rotorico Se il numero di coppie polari del rotore eguale a quello dello statore p, la pulsaz. delle f.e.m. indotte nel rotore data da dove Se lavvolgimento del rotore polifase nasce un campo rotante di reazione rotorico, la cui velocit rispetto al rotore ed allo statore %
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  • Campo di reazione rotorico I due campi statorico e rotorico hanno la stessa lunghezza donda e ruotano con la stessa velocit rispetto allo statore. Si avr quindi un campo rotante risultante, che si potr sempre esprimere come: dove sostenuto sia dalle correnti di statore che di rotore.
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  • F.e.m. risultanti La f.e.m. risultante nello statore data da: La analoga f.e.m. nel rotore data da: Loperatore js rappresentativo della d/dt evidenzia che i fasori relativi al rotore rappresentano grandezze di pulsazione s.
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  • Reti equivalenti di statore e rotore
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  • Rete equivalente di rotore
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  • Circuito equivalente a T rapp. di trasformaz.
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  • Simboli circuitali motore asincrono
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  • Bilancio delle potenze
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  • Pot. Ass. Pot. Sinc. Pot. Mecc.
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  • Rendimento del motore Il rendimento dato da dove e P 0 la pot.za a vuoto Piccole mot. =0,75 Grandi mot. =0,950,97
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  • Coppia elettromeccanica C. elettromecc.
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  • Coppia elettromeccanica C=Cem. Per calcolare Cmax si pone Cmax indip. da Tratto APO stabile Tratto AQB instabile s* scorrimento di rovesciamento
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  • Coppia elettromeccanica al variare della resistenza rotorica
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  • Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento P punto di lavoro intersez. tra caratt. del motore e della coppia resistente del carico meccanico. Capac. di sovracc.co data dal rapp.to tra la coppia massima C M e la coppia nominale
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  • Punto di lavoro sulla caratteristica coppia scorrimento Il punto di lavoro si trova sul tratto stabile della caratteristica C-s. Tale tratto quasi verticale (rigidit della caratterica C-s velocit quasi costante al variare del carico). un calo di tensione determina un calo della capac. di sovraccarico e pu portare P sul tratto instabile.
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  • Caratteristica coppia velocit n ed n c num. di giri al minuto del motore e del campo rotante (veloc. sincronismo). Per n> n c funzionam. da generatore
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  • Avviamento del motore Lavviam. corrisponde a s=1. Inconvenienti: coppia bassa correnti elevate (funzionam.nto analogo al trasformat. in c.c.) Se C em < C r motore non spunta. Comunque una bassa prevalenza di C em su C r determina una %
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  • Avviamento del motore bassa accelerazione e un rallentamento dellavviamento. 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, per minore di quella del trasformatore per s=1, perch 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.
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  • Avviamento del motore a rotore avvolto In tale motore possibile variare r R inserendo un reostato nellavvolgim. rotorico. Cos aumenta C em e diminuisce I S in avviam. (s=1). Aumenta per anche s del funzionamento ordinario e quindi P jr e diminuisce il rendimento. Dopo lavviam. si disinserisce gradualmente il reostato.
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  • Avviamento del motore a rotore avvolto
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  • Avviamento del motore a gabbia semplice Non possibile inserire un reostato nellavvolgimento rotorico. Se il motore di piccola potenza meno importante il rendimento e si pu aumentare r R. Per potenze maggiori, se il motore pu partire a vuoto, si pu prescindere dal basso valore della coppia davviamento, limitandosi a ridurre la corrente assorbita. A tale scopo si pu ridurre in avviamento la tensione di alimentazione. Essendo C em =f(V 2 ) si ha una notevole riduz. della coppia, per cui a motore avviato si riapplica la piena tensione
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  • Avviamento del motore a gabbia semplice Per ridurre la tensione o si usa un commutatore Y o si alimenta il motore con un variatore elettronico di corrente. Se il motore non parte a vuoto si pu usare un motore a doppia gabbia.
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  • Motore a doppia gabbia 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.( )
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  • Motore a doppia gabbia Impedenze rotoriche Per s=1 la I R si addensa nella gabbia esterna che ha una caratteristica fortemente resistiva e quindi determina una buona coppia di avviamento Per s=s N la I R si addensa nella gabbia interna che ha una %
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  • Motore a doppia gabbia caratterist. fortemente induttiva e quindi una forte pendenza iniziale della curva C em -s ed un buon rendim. a regime. La coppia effettiva e approssimativamente data dalla somma delle coppie relative a ciascuna delle gabbie
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  • Regolazione di velocit Essendo la velocit di rotazione data da: per variare la velocit si pu agire sullo scorrimento s, sul numero di coppie polari p, sulla frequenza f.
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  • Regolazione di velocit variando lo scorrimento Si ottiene inserendo una resistenza variabile nel rotore Possibile solo nel motore a rotore avvolto A partire dalla caratt. naturale si pu solo rallentare. Aumentando s peggiora il rendim.to Perci le variaz. di veloc. sono modeste
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  • Regolazione di velocit variando il numero p delle coppie polari La variazione di velocit discontinua ( ad es. variando p da 1 a 2, passa da 3000 giri a 1500 giri al min.) Per variare p si pu intervenire solo sullavvolgimento statorico, non essendo possibile nel rotore modificare le connessioni dellavvolgim. a macchina in movimento. possibile solo nel motore a gabbia, in cui lavvolgimento a gabbia adegua automaticamente il suo numero di poli a quello dellavvolgimento statorico.
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  • Regolazione di velocit variando la frequenza di alimentazione La variaz. di f comporta necessariamente anche la variaz. della tensione di alimentaz. del motore V S. Sono possibili diverse leggi di regolaz. V S =F(f). Molto usata la legge V S /f=costante, adottata per ottenere approssimativamente la costanza del flusso . %
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  • Regolazione di velocit variando la frequenza di alimentazione Infatti, trascurando la caduta di tensione nello statore la LKT dello stesso : la costanza di V S /f comporta pertanto la costanza di e quindi della coppia massima, poich: per basse freq. non si pu trascurare la caduta di tensione nello statore
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  • Motore asincrono monofase Se non disponibile lalimentaz. trifase, per piccole potenze, da decine di W fino a pochi kW, possibile luso del motore monofase, costituito da un rotore a gabbia e da uno statore monofase. Questo si pu ad es. ottenere collegando in serie due fasi di un mot. trifase. %
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  • Motore asincrono monofase Se tale mot. trifase ha un avvolgim. trifase distribuito sulla superficie interna dello statore, 2/3 di tale superficie saranno occupati dallavvolgim. principale monof. del mot. monof. Laltro terzo potr essere occupato da un avvolgim. ausiliario utile per lavviam. del motore.
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  • Motore asincrono monofase, il campo magnetico pulsante Lavvolgim. monofase crea il campo pulsante: essendo: il campo pulsante esprimibile come somma di due campi B d e B i di ampiezza met e rotanti in verso opposto con velocit c ( c = /p).
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  • Scorrimenti rispetto al campo diretto B d e inverso B i Il rotore, rotante con velocit + r, presenta lo scorrim. s d rispetto al campo diretto B d rotante con veloc. e rispetto al campo inverso B i, rotante con veloc. lo scorrim. s i. La relaz. tra s d e s i : Assumendo come scorrim. principale s lo scorrim. s d, si ha:
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  • Il motore asincrono monofase, la caratteristica elettromeccanica Sul rotore agiscono la coppia diretta C d creata da B d concorde con e la coppia inversa C i creata da B i opposta a. Trascurando le interazioni tra B d e B i : dove la coppia di un mot. trif. con lo stesso N s del mot. monof. e:
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  • Avviamento del motore monofase La coppia davviam. (s=1) nulla, poich i due campi diretti ed inversi si equilibrano. Se il motore avviato con veloc. r prevale il campo concorde con r. Il motore pu 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 pu ricorrere ad un campo bifase creato dagli avvolgim. principale ed ausiliario.
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  • Campo bifase Il campo creato dagli avvolgimenti principale ed ausiliario, i cui assi magnetici sono ortogonali e che sono attraversati dalle correnti i p ed i a : Se p=1 Campo principale Campo ausiliario Campo risultante
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  • Motore monofase a condensatore
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  • Motore a poli tagliati
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  • Configuraz. motore trifase
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  • Motore trifase
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  • Motore asincrono monof. (p=1)
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  • Motore asincrono monof. (p=2)