Motori elettrici

Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione Manutenzione Impianti - Prof. Pasquale Alba 2015
I MOTORI ELETTRICI
Motori Asincroni Motori Sincroni Mono e Trifase
Motori universali a spazzole
Motori DC a magneti permanenti e spazzole
1
Pro manuscripto - Dispensa didattica - UDA
Istituto Professionale per l'industria e l'Artigianato "Salvo D’Acquisto" Bagheria
STAMPA SOLO
SE NECESSARIO

Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione Manutenzione - Prof. Pasquale Alba 2015
MOTORI Deﬁnizione e Classiﬁcazione
2
Sincroni
AsincroniAlternata
Continua
Universali
Stepper
Magneti
permanenti
}
Il motore è una macchina elettrica che converte
energia elettrica in meccanica
Hanno contatti striscianti
(spazzole e collettore) tranne
quelli brushless con sensore
Hall e commutazione a
transistors
Unipolari
Bipolari

MOTORI ASINCRONI
• I motori asincroni funzionano a corrente alternata
• Sono i motori più diffusi al mondo (elettropompe, compressori
di frigoriferi e clima, ascensori, montacarichi etc.)
• Il n.di giri non è uguale al numero di cicli della corrente ma è
presente uno scorrimento in lieve ritardo del rotore rispetto al
campo magnetico prodotto dallo statore: il numero di giri al
secondo è di poco inferiore alla frequenza della
alimentazione diviso il numero di coppie polari: Ns ≲ ƒ/Ncp.
• Lo scorrimento è proporzionale alla coppia resistente.
• Esistono nelle versioni mono e trifase
• Sono costituiti da uno statore costituito da un pacco
lamellare con avvolgimenti elettrici inseriti in delle cave e un
rotore a gabbia di scoiattolo
3

MOTORI ASINCRONI
4

MOTORI ASINCRONI
5

MOTORI ASINCRONI
6
ROTORE DI UN MOTORE
ASINCRONO
Principio di funzionamento: il rotore è costituito da spire conduttrici chiuse
in cortocircuito che cercano di mantenere costante il ﬂusso magnetico che
passa attraverso di esse.
Se immerse in un campo magnetico rotante, esse cercano di inseguirlo.
Nella gabbia di scoiattolo scorre una corrente proporzionale alla coppia
motrice resistente.

MOTORI ASINCRONI - CURVA DI COPPIA
7
Il diagramma caratteristico  
(N° giri - Coppia motrice)
mostra che il motore ha una
coppia massima CM ad un
n° giri critico NCR.
Se il motore scende sotto
questo n° giri la coppia si
riduce e il motore può
andare a bloccarsi (dipende
dal tipo di carico
meccanico).
Le tabelle tipiche dànno
questi valori.
Cs è la coppia di spunto.

MOTORI ASINCRONI
8
Gli avvolgimenti statorici
sono colorati a seconda
della fase. Essi
producono un campo
magnetico rotante.
Quelli nelle cave del
rotore sono le barrette in
alluminio pressofuse
dentro. Queste
inseguono il campo
magnetico rotante
prodotto dallo statore.

MOTORI ASINCRONI TRIFASE
9
Statore trifase e campo magnetico rotante.

MOTORI ASINCRONI TRIFASE - MORSETTI
10
MORSETTIERA DI UN MOTORE ASINCRONO TRIFASE CON I DUE
POSSIBILI METODI DI COLLEGAMENTO A STELLA E A TRIANGOLO

MOTORI ASINCRONI MONOFASE
11
Statore monofase e campo magnetico rotante.
correnti

12
Per creare un campo magnetico rotante con una sola fase si
usa un artiﬁcio.
Si usano due avvolgimenti statorici angolati di 90° e alimentati
con due correnti anch’esse sfasate di circa 90° elettrici
mediante un condensatore collegato in serie ad una di esse. Su
L2 passa una corrente in anticipo rispetto a quella di L1. L2 ha
di solito una resistenza maggiore di L1. Per invertire il senso di
rotazione, basta invertire i poli di uno degli avvolgimenti.

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Possibili guasti:
1. Cuscinetti sgabbiati
2. C guasto in c.a. ☞multimetro su portata 2 o 20 MΩ
3. C guasto in c.c. ☞multimetro su portata test continuità
4. L1 guasto in c.a. (idem)
5. L1 guasto a bassa impedenza con parziale c.c. ☞surrisc.
6. L1 guasto in c.c. ☞multimetro su portata 200Ω
7. Idem con L2
8. Rottura isolamento (guasto verso massa ossia verso la carcassa
metallica): ☞multimetro su 2MΩ o 20MΩ
9. Interruzione occulta della gabbia.

MOTORI ASINCRONI TRIFASE ADATTATI A
FUNZIONARE IN MONOFASE
14
Anche qui si può usare l’artiﬁcio del
condensatore C per creare un campo
magnetico rotante con una sola fase in
un motore trifase. L3 ha la corrente in
anticipo.
L1 e L2 si possono collegare in serie o
in parallelo.

15
Altri possibili collegamenti.

16
Altri possibili collegamenti.

MOTORI ASINCRONI TRIFASE TELEINVERTITORE
17
Per invertire la marcia basta
invertire due fasi qualsiasi.
Questo viene eseguito
normalmente con contattori/
teleruttori/relè.
Però devono essere interbloccati
per evitare cortocircuiti.
Normalmente si usa un
interblocco meccanico. Inoltre
conviene mettere un timer tra gli
azionamenti di K1 e di K2.

MOTORI ASINCRONI - AVVIAMENTO
18
All’avviamento partendo con rotore fermo, i motori asincroni
assorbono una corrente molto elevata intorno a 6 ÷ 7 volte la corrente
massima nominale a regime.
Questo parametro è indicato come Is / In ≈ 7
Questo è dovuto al fatto che il rotore è come il secondario in
cortocircuito di un trasformatore.
Per ridurre il picco di corrente di avviamento si usa per i grossi motori
uno dei metodi seguenti:
• Avviamento con induttanze
• Avviamento con autotrasformatore
• Avviamento stella-triangolo Y-∆: cioè con collegamento a stella
iniziale e successiva commutazione a triangolo comandata da un
timer (circa 5 ÷10 s) (usato per motori ﬁno a 20kW)
• Avviamento con softstarter a tiristori
• Avviamento con convertitore statico (chiamato anche “inverter”)

19
Avviamento con
autotrasformatore.
Sequenza: prima si chiude
T1 e T2. Poi si aprono, si
chiude T3 e inﬁne T2.
La presa
dell’autotrasformatore è
centrale quindi V/2 quindi
la coppia e la corrente
sono ridotte a 1/2 e la
potenza ridotta ad 1/4.

20
Avviamento Y-∆:
usato ﬁno a 20kW
L’avviamento avviene a
stella (Y) [Y chiuso e D
aperto];
dopo un certo numero di
secondi un timer commuta
a triangolo (∆) [Y si apre e
D si chiude].

21
Avviamento con softstarter.

22
Avviamento con
softstarter.

23
Avviamento con softstarter.
Il softstarter è costituito da
3 tiristori (TRIAC) collegati
spesso a triangolo e in
serie a ciascun
avvolgimento (a differenza
dello schema a sinistra).
Spesso si aggiunge un
contattore di bypass che
viene chiuso dopo
l’avviamento.

24
3 tiristori (TRIAC) collegati a Y a sx e a ∆ a dx in serie a
ciascun avvolgimento

25
Contattore di bypass

MOTORI ASINCRONI - ESERCITAZIONE
26
Calcolare la corrente nominale In di un motore a partire
dai dati di targa:
P=20kW (potenza meccanica netta disponibile all’albero)
U=400V cos𝝓=0,75 efﬁcienza 𝛈=0,93
𝛈=P/Pi il rendimento è deﬁnito come rapporto tra
potenza in ingresso Pi e potenza netta nominale P
disponibile all’albero del motore. Quindi:
Pi = P/𝛈 cioè la potenza in ingresso è maggiore di quella
in uscita P a causa del rendimento.
Pi = 20kW/0,93= 21,5 kW (potenza assorbita)
I = Pi / (√3 U cos𝝓) = 21500 / ( √3 * 400V * 0,75 ) = 41,38A
Svolgimento:

Conversione kW⇄HP
27
HP = Horse-Power = CV = Cavalli Vapore
1 kW = 1,34 CV
1 CV = 0,735 kW
Una funivia ha un motore elettrico trifase di potenza 1500
HP. Calcolare la sua potenza espressa in kW.
Sapendo che l’efﬁcienza 𝛈=0,96 calcolare la potenza
elettrica in ingresso Pi.
Sapendo che il f.d.p. cos𝝓=0,8 e che la tensione di rete è
U=690V calcolare la corrente assorbita.
Esercitazione:

MOTORI SINCRONI
28

MOTORI SINCRONI
• sono costituiti da uno statore con avvolgimenti e un
rotore a magneti permanenti (o con avvolgimento
di eccitazione collegato mediante contatti
striscianti (spazzole))
• usati in: veicoli elettrici, motori delle navi,
ascensori, azionamenti di macchine CNC (con
encoder) e dove è necessario un’elevata coppia di
spunto in un volume ridotto.
29

MOTORI SINCRONI
• I motori sincroni funzionano a corrente alternata
• il n.di giri è perfettamente sincrono cioè uguale al
numero di cicli della corrente senza scorrimento
• hanno bisogno di un avviamento preliminare
(eseguito con un motore di altro tipo che li porta
vicino alla velocità di sincronismo) oppure un
azionamento elettronico che analizza la posizione
attuale del rotore e pilota le correnti negli
avvolgimenti statorici producendo un campo
magnetico rotante che segue il rotore e gli fa
compiere rampe di accelerazione/decelerazione.
30

MOTORI SINCRONI
31

MOTORI SINCRONI
32

MOTORI UNIVERSALI
33

MOTORI UNIVERSALI
• funzionano a corrente alternata o continua
• il n.di giri non è legato alla frequenza ma dipende da un bilancio
tra tensione di alimentazione e coppia resistente applicata
(inclusi attriti), perdite nel rame, nel ferro, induttanze degli
avvolgimenti
• se alimentati in alternata sono solo monofase
• sono costituiti da uno statore con avvolgimenti e un rotore
anche esso con avvolgimenti collettore e contatti striscianti
(spazzole)
• esempi di impiego: macchine utensili portatili (trapani,
smerigliatrici,), apparecchi da cucina (frullatori) impastatrici (non
professionali). Dove serve elevata potenza in piccolo volume.
• aspettativa di vita e afﬁdabilità non alta (usura contatti striscianti
e collettore)
34

MOTORI UNIVERSALI
35
Statore
Contatti
striscianti
Collettore
Rotore

MOTORI IN CONTINUA A MAGNETI PERMANENTI
• funzionano solo a corrente continua
• il n.di giri non è legato alla frequenza ma dipende da un
bilancio tra tensione di alimentazione e coppia resistente
applicata (inclusi attriti), perdite nel rame, nel ferro, induttanze
degli avvolgimenti. Facilità di variare coppia/velocità
mediante un controllo Pulse Width Modulation (PWM) o a
reostati (obsoleto).
• sono costituiti da uno statore a magneti permanenti senza
avvolgimenti e un rotore con avvolgimenti collettore e
contatti striscianti (spazzole)
• esempi di impiego: macchine utensili portatili. Dove serve la
possibilità di variare la velocità e/o la coppia motrice facilmente
(trazione ferroviaria, tram).
• aspettativa di vita e afﬁdabilità non alta (usura contatti striscianti
e collettore)
36

MOTORI CONTINUA A MAGNETI PERMANENTI
37

MOTORI IN CONTINUA CON SENSORE AD EFFETTO HALL
• funzionano a corrente continua ma sono brushless
• sono costituiti da un rotore a magneti permanenti (che
può essere interno ma anche esterno a campana) e
avvolgimenti elettrici commutati da transistor comandati
da un sensore di Hall che sente la posizione del rotore
• il n.di giri dipende da un bilancio tra tensione di
alimentazione e coppia resistente applicata (inclusi attriti),
perdite nel rame, nel ferro, induttanze degli avvolgimenti
• esempi di impiego: ventoline di raffreddamento PC
• aspettativa di vita e afﬁdabilità alta. Guasti: cuscinetti
secchi e/o rumorosi.
38

Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione - Ing. Pasquale Alba
Credits Riconoscimenti
Si ringraziano per immagini e informazioni tecniche:
• corso "Elettrotecnica ed Automazione" nell'Istituto Tecnico Industriale
"G. Galilei" di Mirandola (MO) http://www.galileimirandola.it a cura del prof. Egidio
Rezzaghi.
• Lovato Electric
• Schneider Electric
• Siemens
• plcforum.it
• elektroyou.it
• tutti coloro che hanno reso disponibili su Internet informazioni qui
riportate
39
La presente dispensa a scopo didattico contiene sia contenuto originale dell’autore che contenuti reperiti su Internet. Tutti diritti
sui contenuti reperiti, appartengono, ove coperti da copyright, ai rispettivi proprietari. Ove si ritenga esistano violazioni di
copyright, imprecisioni o errori si prega di segnalarli a: ing.pasqualealba@gmail.com . Questo materiale può essere diffuso
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