Perdite del Motore Elettrico

perdite del motore elettrico
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

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.

equazione delle perdite di ferro
equazione delle perdite di ferro

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.

perdita di potenza del motore
perdi­ta di poten­za del motore