Motore asincrono Struttura e modalità di funzionamento

Rotori a gabbia di scoiattolo e ad anello scorrevole

motori asincroni costruzione
Costruzione di motori asincroni

Il motore asin­crono è chiam­a­to anche motore a induzione, poiché i motori asin­croni fun­zio­nano sec­on­do il prin­ci­pio del­l’in­duzione. Il motore asin­crono è abbre­vi­a­to in ASM o IM. Nel fun­zion­a­men­to del motore, il rotore di un motore asin­crono fun­ziona più lenta­mente del cam­po mag­neti­co rotante del­lo sta­tore, cioè in modo asin­crono rispet­to allo sta­tore. La dif­feren­za tra la veloc­ità del­lo sta­tore e la veloc­ità del rotore è chia­ma­ta anche scor­ri­men­to. Se la veloc­ità del rotore è uguale alla veloc­ità del­lo sta­tore, lo scor­ri­men­to è nul­lo e il motore asin­crono non ero­ga alcu­na cop­pia pos­i­ti­va. Nel fun­zion­a­men­to del gen­er­a­tore, il rotore gira più velo­ce­mente del cam­po rotante del­lo sta­tore. A causa del­la dif­feren­za di veloc­ità, si gen­era una cop­pia neg­a­ti­va che cer­ca di frenare il rotore. I motori asin­croni che fun­zio­nano diret­ta­mente con cor­rente alter­na­ta bifase o tri­fase sen­za invert­er han­no un’­ef­fi­cien­za infe­ri­ore rispet­to ai motori sin­croni a mag­neti per­ma­nen­ti. Tut­tavia, i motori asin­croni azionati con un invert­er pos­sono rag­giun­gere rendi­men­ti ele­vati simili.

Motori asincroni Struttura

Esistono due tipi diver­si di motori asin­croni: a gab­bia di scoiat­to­lo e ad anel­lo scor­rev­ole. La strut­tura del­lo sta­tore è la stes­sa per entram­bi ed è sim­i­le a quel­la di un motore sin­crono. Per con­durre il flus­so mag­neti­co nel motore elet­tri­co, lo sta­tore e il rotore sono cos­ti­tu­iti da diver­si strati di lamieri­no elet­tri­co, soli­ta­mente di 0,5 mm di spes­sore. Quan­to più sot­tile è il foglio elet­tri­co, tan­to minori sono le perdite per cor­ren­ti paras­site nel motore elet­tri­co e mag­giore è la sua effi­cien­za. Lo sta­tore por­ta gli avvol­gi­men­ti in cui scorre la cor­rente tri­fase. Di nor­ma, lo sta­tore ha tre fasi del motore, che pos­sono essere col­le­gate in con­fig­u­razione a stel­la o a tri­an­go­lo. Tut­tavia, esistono anche motori con più o meno fasi, a sec­on­da del­l’u­so pre­vis­to e del­la ten­sione di ali­men­tazione. Il rotore con­tiene barre con­dut­tri­ci o avvol­gi­men­ti in cor­to­cir­cuito, a sec­on­da del tipo di motore asincrono. 

Video sui motori asincroni

Motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo

Motore asincrono rotore a gabbia di scoiattolo
Motore asin­crono rotore a gab­bia di scoiattolo
Il rotore a gab­bia di scoiat­to­lo è cos­ti­tu­ito da una gab­bia di barre in allu­minio o rame. Le barre sono cor­to­cir­cui­tate alle estrem­ità supe­ri­ori e infe­ri­ori con anel­li del­lo stes­so mate­ri­ale. Il rotore a gab­bia di scoiat­to­lo è il più uti­liz­za­to per­ché non ha anel­li di scor­ri­men­to e quin­di ha una dura­ta mag­giore. Inoltre, la pro­duzione del rotore è molto più economica. 

Motore asincrono con rotore ad anello scorrevole

In un rotore ad anel­lo scor­rev­ole, il rotore è cos­ti­tu­ito da avvol­gi­men­ti anziché da barre. Gli avvol­gi­men­ti non sono cor­to­cir­cui­tati nel rotore, ma sono con­dot­ti all’ester­no tramite anel­li di scor­ri­men­to e cor­to­cir­cui­tati tramite resisten­ze aggiun­tive. Il flus­so di cor­rente nel rotore può essere influen­za­to da resisten­ze esterne al motore elettrico. 
Rotore ad anello rotante asincrono
Rotore ad anel­lo rotante asincrono

Motore asincrono Modalità di funzionamento

Un cam­po mag­neti­co rotante è cre­ato da una cor­rente tri­fase negli avvol­gi­men­ti del­lo sta­tore. Il cam­po mag­neti­co rotante del­lo sta­tore attra­ver­sa anche il rotore attra­ver­so il tra­fer­ro. Se c’è una dif­feren­za di veloc­ità tra la veloc­ità del rotore e quel­la del­lo sta­tore, il cam­po mag­neti­co rotante induce una ten­sione nelle barre con­dut­tri­ci del rotore. Poiché le barre con­dut­tri­ci sono cor­to­cir­cui­tate tra loro alle estrem­ità infe­ri­ori e supe­ri­ori, la ten­sione indot­ta crea un flus­so di cor­rente nelle barre. La cor­rente di cor­to­cir­cuito nelle barre gen­era a sua vol­ta un cam­po mag­neti­co nel rotore, che segue il cam­po mag­neti­co del­lo sta­tore. A dif­feren­za dei motori sin­croni con mag­neti per­ma­nen­ti, il cam­po mag­neti­co del rotore non è stazionario, ma ruo­ta attra­ver­so il rotore. Se il rotore ruo­ta alla stes­sa veloc­ità del­lo sta­tore, non viene più indot­ta cor­rente nelle barre con­dut­tri­ci e di con­seguen­za non si gen­era più cop­pia. In caso di cor­to­cir­cuito del­lo sta­tore, il rotore non induce più ten­sione. Questo rende il motore asin­crono un motore elet­tri­co molto sicuro, moti­vo per cui le prin­ci­pali case auto­mo­bilis­tiche come Tes­la e Audi, tra le altre, uti­liz­zano il motore asin­crono nei loro veicoli elettrici.

Vantaggi e svantaggi

Vedi­amo i van­tag­gi e gli svan­tag­gi dei motori asin­croni con rotori a col­let­tore rotante e a gab­bia di scoiat­to­lo con e sen­za inverter.

Motore a induzione Vantaggi Svantaggi

Rotore ad anello scorrevole ASM

Il van­tag­gio prin­ci­pale di un motore asin­crono con col­let­tori rotan­ti è la cop­pia più ele­va­ta nel­l’in­ter­val­lo di veloc­ità infe­ri­ore e la minore cor­rente di avvi­a­men­to. Tut­tavia, i costi aggiun­tivi per i col­let­tori rotan­ti e per la pro­duzione del rotore con gli avvol­gi­men­ti sono con­sid­erevoli. Per­tan­to, il rotore ad anel­lo scor­rev­ole è oggi uti­liz­za­to solo per motori elet­tri­ci molto gran­di, dove un con­ver­ti­tore sarebbe trop­po costoso. 

Gabbia di cortocircuito ASM senza inverter

Il van­tag­gio prin­ci­pale di un motore a gab­bia di scoiat­to­lo è il bas­so cos­to di pro­duzione del rotore rispet­to a un motore sin­crono a mag­neti per­ma­nen­ti (PMSM). Il motore asin­crono è molto resistente alle alte tem­per­a­ture. Non è nec­es­sario pre­oc­cu­par­si di smag­ne­tiz­zare i mag­neti, come nel caso di un PMSM. Lo svan­tag­gio prin­ci­pale è la bas­sa cop­pia di avvi­a­men­to e la scarsa effi­cien­za se non si uti­liz­za un inverter. 

Gabbia di cortocircuito ASM con inverter

Con un invert­er, il motore asin­crono può rag­giun­gere un’­ef­fi­cien­za altret­tan­to ele­va­ta di un PMSM a veloc­ità ele­vate. Anche la poten­za di pic­co e la cop­pia di pic­co sono molto buone, poiché non è nec­es­sario pre­oc­cu­par­si di smag­ne­tiz­zare i mag­neti. La poten­za con­tin­ua può essere un prob­le­ma se il calore gen­er­a­to nel rotore non può essere adeguata­mente dissipato.