Perdite del Motore Elettrico

Come illustrato nel diagramma, le perdite dei motori elettrici possono essere suddivise in perdite ohmiche, perdite di ferro, perdite di dispersione e perdite meccaniche. Le perdite ohmiche sono indicate anche come perdite di rame e di ferro, spesso anche come perdite di nucleo. Le perdite dei motori elettrici si verificano nelle laminazioni dello statore, nelle laminazioni del rotore e negli avvolgimenti, ma anche nei magneti permanenti. Quanto minori sono le perdite del motore elettrico, tanto maggiore è la sua efficienza.
Video sulle perdite dei motori elettrici
Perdite Ohmiche
Le perdite ohmiche si verificano principalmente negli avvolgimenti dello statore e dipendono dalla resistenza e dalla corrente. Le perdite ohmiche possono essere suddivise in dipendenti dalla frequenza e indipendenti dalla frequenza. Le perdite indipendenti dalla frequenza dipendono dalle dimensioni, cioè dalla lunghezza e dall’area della sezione trasversale del filo, nonché dal materiale, ad esempio il rame. Un forte aumento della temperatura del motore aumenta anche la resistenza e quindi le perdite. Bisogna sempre assicurarsi che il motore elettrico sia ben raffreddato, altrimenti la temperatura degli avvolgimenti aumenterà rapidamente. Le perdite ohmiche dipendenti dalla frequenza aumentano con l’aumentare della frequenza, a causa dell’effetto pelle. L’effetto pelle riduce l’area attraverso la quale può scorrere la corrente. Per ridurre questo effetto, i fili di grande diametro vengono suddivisi in più fili separati. Tuttavia, la suddivisione in un numero eccessivo di fili aumenta la resistenza a causa dell’effetto di prossimità. Non è quindi facile trovare il numero migliore di fili in parallelo. I motori a induzione presentano inoltre elevate perdite ohmiche nel rotore, che quindi si surriscalda rapidamente. È molto difficile dissipare il calore dal rotore, quindi Tesla utilizza il raffreddamento a liquido dell’albero nei motori a induzione.
Perdite di Ferro
Le perdite di ferro possono essere suddivise in perdite per isteresi, perdite per correnti parassite e perdite aggiuntive. Le perdite di ferro sono indicate per peso e dipendono dalla frequenza e dalla densità di flusso massima. Ciò significa che più il motore ruota velocemente, più le perdite di ferro aumentano. Più il motore elettrico è piccolo, meno spazio c’è per il flusso magnetico e più alta diventa la densità di flusso. Le costanti di proporzionalità C dipendono dal materiale e dalla sua lavorazione. Le perdite di ferro si verificano principalmente nello statore e nel rotore, ma le perdite per correnti parassite possono verificarsi anche nei magneti permanenti. Le perdite nei magneti sono generalmente basse, ma critiche perché i magneti non hanno una buona resistenza alla temperatura.

Perdite per Isteresi
I materiali magnetici sono divisi in tanti piccoli domini, ciascuno con un diverso orientamento magnetico. Quando l’orientamento magnetico dei domini cambia, si verificano delle perdite. Queste perdite di rimagnetizzazione sono chiamate perdite di isteresi perché il materiale subisce un’isteresi durante la magnetizzazione. Le perdite dipendono dall’area di isteresi che il materiale attraversa durante la rimagnetizzazione. Per mantenere basse le perdite, si utilizzano materiali magnetici morbidi come i fogli elettrici con una piccola curva di isteresi.
Perdite per Correnti Parassite
Le correnti parassite si verificano quando il flusso magnetico nello statore cambia. Le correnti parassite generano perdite nello statore e lo riscaldano. Per ridurre le perdite, lo statore è diviso in fogli separati e isolati tra loro. In questo modo si riducono notevolmente le perdite per correnti parassite. Quanto più sottili sono i fogli, tanto minori sono le perdite per correnti parassite nel foglio.
Perdite Aggiuntive
Come ho già detto, i materiali magnetici sono costituiti da aree separate tra loro da pareti. Una variazione del campo magnetico può causare uno spostamento delle pareti, con conseguenti perdite. Queste perdite sono chiamate perdite aggiuntive o perdite in eccesso.

Perdite per Dispersione
Le perdite per dispersione sono la dispersione di componenti e materiali. Ma anche dispersione nel processo produttivo e piccolissime deviazioni dal progetto. Le perdite parassite sono quindi difficili da stimare e possono ammontare a circa l’1% per i motori elettrici a carico di picco.
Perdite Meccaniche
Le perdite meccaniche possono essere suddivise in perdite per attrito e perdite per ventilazione. Le perdite per attrito dipendono dalla velocità e si verificano, ad esempio, nei cuscinetti. Per ridurre al minimo le perdite per attrito, i cuscinetti devono essere sempre sufficientemente lubrificati. I cuscinetti non devono quindi diventare troppo caldi, altrimenti il lubrificante evapora. Le perdite per attrito si verificano anche nelle spazzole dei motori sincroni a eccitazione separata e nei commutatori dei motori a corrente continua. Le perdite per ventilazione si verificano nei motori elettrici con rotori non circolari e dipendono anche dalla velocità. Ad esempio, i motori SR o i motori sincroni a eccitazione separata hanno rotori non rotondi. La ventilazione può essere ridotta con l’incapsulamento dello statore e la nastratura del rotore. Se l’invasatura è realizzata con il materiale giusto, può anche migliorare la dissipazione del calore. La ventilazione nei motori elettrici può essere utilizzata anche per allontanare il calore dal centro del motore elettrico. Questo distribuisce meglio il calore nel motore elettrico e riduce i punti caldi.
Diagramma di Flusso della Dissipazione di Potenza
La visualizzazione della conversione di potenza di motori e generatori elettrici è illustrata con l’aiuto del diagramma del flusso di potenza. Nel caso dei motori elettrici, il diagramma mostra quanta potenza elettrica in ingresso viene fornita e quanta potenza meccanica in uscita rimane dopo aver dedotto la perdita di potenza. In un generatore, il flusso di perdita di potenza è invertito. Ciò significa che se l’attrito nei cuscinetti è eccessivo, rimane meno potenza che può essere convertita in energia elettrica.
