Sviluppo del Motore Asincrono Trifase
Mappa concettuale
Il motore asincrono trifase è un'invenzione cruciale nell'ingegneria elettrica, sviluppata indipendentemente da Galileo Ferraris e Nikola Tesla alla fine del 1800. Questo motore sfrutta correnti alternate sfasate per generare un campo magnetico rotante, essenziale per il suo funzionamento. Oggi, è ampiamente utilizzato in svariate applicazioni industriali grazie alla sua efficienza e affidabilità.
Riassunto
Schema
Sviluppo Storico del Motore Asincrono Trifase
Il motore asincrono trifase, una pietra miliare nella storia dell'ingegneria elettrica, è frutto delle ricerche indipendenti di Galileo Ferraris e Nikola Tesla verso la fine del XIX secolo. Ferraris, illustre fisico e ingegnere italiano, nel 1885 scoprì che applicando correnti alternate sfasate a due bobine si generava un campo magnetico rotante. Questo fenomeno fu evidenziato quando un piccolo cilindro di rame, libero di ruotare, iniziò a muoversi sotto l'azione del campo magnetico. Ferraris ottenne velocità di rotazione fino a 900 giri al minuto con correnti alternate a circa 40 Hz. In parallelo, Tesla, innovativo fisico e ingegnere di origine serba naturalizzato statunitense, sviluppò concetti simili e brevettò il suo motore asincrono nel maggio 1888, poco dopo la pubblicazione dei risultati di Ferraris nell'aprile dello stesso anno. L'adozione del sistema trifase per la distribuzione dell'energia elettrica e la comprensione del campo magnetico rotante hanno contribuito alla diffusione del motore asincrono, che oggi è la macchina elettrica rotante più diffusa a livello globale.Principio di Funzionamento e Campo Magnetico Rotante
Il principio di funzionamento del motore asincrono trifase si basa sulla creazione di un campo magnetico rotante. Questo si realizza disponendo tre avvolgimenti statorici identici a 120° l'uno dall'altro e alimentandoli con correnti alternate sinusoidali sfasate di 120° e di frequenza identica. Il campo magnetico risultante è di ampiezza costante e ruota con una velocità angolare proporzionale alla frequenza della corrente di alimentazione. La velocità di sincronismo del campo magnetico, espressa in giri al minuto (RPM), è funzione della frequenza della rete elettrica e del numero di coppie polari del motore. Questo concetto è essenziale anche per il funzionamento delle macchine sincrone, che sono utilizzate principalmente come generatori di energia elettrica.Componenti e Assemblaggio del Motore Asincrono Trifase
Il motore asincrono trifase è costituito da due componenti principali: lo statore, che è la parte fissa, e il rotore, che è la parte mobile. Lo statore è realizzato con un pacchetto di lamierini magnetici in ferro-silicio, progettati per ridurre le perdite per correnti parassite, e contiene scanalature dove è alloggiato l'avvolgimento trifase. Il rotore, alloggiato all'interno dello statore, può essere di due tipi: a gabbia di scoiattolo, composto da sbarre di alluminio o rame collegate a due anelli estremi, o avvolto, con un avvolgimento simile a quello dello statore e terminante con anelli di contatto per la connessione esterna. Il traferro tra statore e rotore è ottimizzato per garantire una rotazione efficiente del rotore.Analisi del Circuito Equivalente e Carico Meccanico
Il circuito equivalente del motore asincrono trifase è analogo a quello di un trasformatore, con lo statore che agisce come avvolgimento primario e il rotore come avvolgimento secondario. Tuttavia, si differenzia per la variazione della frequenza al rotore in funzione dello scorrimento e per il fatto che il rotore non è collegato a un carico elettrico esterno. Durante l'avviamento, lo scorrimento è massimo (s=1) e il motore si comporta come un trasformatore in cortocircuito, con le frequenze statorica e rotorica che coincidono. La resistenza equivalente al rotore, R2/s, aumenta con lo scorrimento, influenzando direttamente il carico meccanico che il motore può sopportare. Questo parametro è cruciale per la progettazione e l'analisi delle prestazioni del motore.Metodi di Avviamento e Riduzione della Corrente Iniziale
Durante la fase di avviamento, il motore asincrono trifase può presentare una corrente di spunto elevata e una coppia di avviamento relativamente bassa, a causa dello scorrimento iniziale che è pari a 1. Per mitigare la corrente di avviamento e migliorare la coppia, si possono adottare diversi metodi, tra cui l'uso di un autotrasformatore. Questo dispositivo riduce la tensione applicata al motore e, di conseguenza, la corrente assorbita, secondo il quadrato del rapporto di trasformazione (k^2). Questa soluzione permette un avviamento più dolce del motore, limitando gli effetti negativi di una corrente di spunto eccessiva e migliorando la coppia di avviamento.
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Sviluppo Storico
Galileo Ferraris
Galileo Ferraris, fisico e ingegnere italiano, scoprì nel 1885 il fenomeno del campo magnetico rotante applicando correnti alternate sfasate a due bobine
Nikola Tesla
Nikola Tesla, fisico e ingegnere di origine serba naturalizzato statunitense, brevettò il suo motore asincrono nel 1888, poco dopo la scoperta di Ferraris
Adozione del sistema trifase
L'adozione del sistema trifase per la distribuzione dell'energia elettrica e la comprensione del campo magnetico rotante hanno contribuito alla diffusione del motore asincrono
Principio di Funzionamento
Campo magnetico rotante
Il motore asincrono trifase si basa sul principio di creazione di un campo magnetico rotante, ottenuto alimentando tre bobine statoriche con correnti alternate sfasate di 120°
Velocità di sincronismo
La velocità di sincronismo del campo magnetico rotante è determinata dalla frequenza della corrente di alimentazione e dal numero di coppie polari del motore
Utilizzo delle macchine sincrone
Il concetto di campo magnetico rotante è essenziale anche per il funzionamento delle macchine sincrone, utilizzate principalmente come generatori di energia elettrica
Componenti e Assemblaggio
Statore e rotore
Il motore asincrono trifase è composto da due componenti principali: lo statore, parte fissa con avvolgimento trifase, e il rotore, parte mobile alloggiata all'interno dello statore
Materiali utilizzati
Lo statore è realizzato con un pacchetto di lamierini magnetici in ferro-silicio, mentre il rotore può essere a gabbia di scoiattolo o avvolto con un avvolgimento simile a quello dello statore
Traferro
Il traferro tra statore e rotore è ottimizzato per garantire una rotazione efficiente del rotore
Analisi del Circuito Equivalente e Carico Meccanico
Circuiti equivalenti
Il circuito equivalente del motore asincrono trifase è simile a quello di un trasformatore, ma si differenzia per la variazione della frequenza al rotore in funzione dello scorrimento e per il fatto che il rotore non è collegato a un carico elettrico esterno
Resistenza equivalente al rotore
Durante l'avviamento, la resistenza equivalente al rotore aumenta con lo scorrimento, influenzando direttamente il carico meccanico che il motore può sopportare
Importanza del parametro di scorrimento
Il parametro di scorrimento è cruciale per la progettazione e l'analisi delle prestazioni del motore asincrono trifase
Metodi di Avviamento e Riduzione della Corrente Iniziale
Corrente di spunto
Durante l'avviamento, il motore asincrono trifase può presentare una corrente di spunto elevata e una coppia di avviamento bassa a causa dello scorrimento iniziale
Autotrasformatore
Per ridurre la corrente di avviamento e migliorare la coppia, si può utilizzare un autotrasformatore che riduce la tensione applicata al motore secondo il quadrato del rapporto di trasformazione
Vantaggi dell'utilizzo dell'autotrasformatore
L'utilizzo dell'autotrasformatore permette un avviamento più dolce del motore, limitando gli effetti negativi di una corrente di spunto eccessiva e migliorando la coppia di avviamento
Sviluppo del Motore Asincrono Trifase
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00
Inventore del motore asincrono trifase
Nikola Tesla, brevettato nel maggio 1888.
01
Contributo di Galileo Ferraris
Scoperta del campo magnetico rotante con correnti alternate sfasate, 1885.
02
Principio di funzionamento del motore asincrono
Campo magnetico rotante che induce la rotazione di un rotore.
