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Il gruppo di motori trifase include macchine elettriche il cui funzionamento è basato su un campo magnetico rotante posto nel traferro compreso tra lo statore e il rotore. La macchina più importante e comunemente utilizzata di questo gruppo è il motore trifase asincrono a induzione, nella configurazione a gabbia di scoiattolo, caratterizzato da:
Nella tecnologia dell'azionamento elettrico in genere vengono utilizzati i seguenti motori elettrici:
motori trifase asincroni (rotori a gabbia di scoiattolo, rotori ad anelli, motori di coppia)
Poiché i motori dotati di convertitori di frequenza garantiscono un controllo della velocità migliore e più semplice e richiedono una manutenzione meno frequente, i motori ad anelli a corrente continua o alternata sono sempre meno usati. Altri tipi di motori trifase asincroni hanno un'importanza marginale nella tecnica di azionamento e, pertanto, non saranno descritti in dettaglio in questa sede.
Se si combina un motore elettrico, per es. un motore trifase, con un riduttore, si ottiene un cosiddetto . Indipendentemente dal principio elettrico, il modo in cui il motore è montato su un riduttore è di particolare importanza in termini di costruzione meccanica del motore stesso. Per questo scopo, SEW-EURODRIVE utilizza motori adattati ad hoc.
Rotore
Nelle fessure del nucleo laminato del rotore è presente un avvolgimento iniettato o inserito (solitamente in alluminio e/o rame). Classicamente, un giro dell'avvolgimento corrisponde a una barra. Questo avvolgimento è cortocircuitato su entrambe le estremità da anelli dello stesso materiale. Le barre con gli anelli di cortocircuito ricordano una gabbia. Da qui deriva il secondo nome comune dei motori a corrente alternata: "motore a gabbia di scoiattolo".
Statore
L'avvolgimento, incapsulato con resina sintetica, viene inserito nella fessura semichiusa del nucleo laminato dello statore. Il numero e la larghezza delle bobine variano per ottenere un numero diverso di poli (= velocità). Insieme all'alloggiamento del motore, il nucleo laminato costituisce lo statore.
Scudi
Gli scudi sono realizzati in acciaio, ghisa grigia o acciaio saldato all'interno del motore, rispettivamente sul lato A e B. L'esecuzione costruttiva nel passaggio allo statore determina il tipo di protezione del motore.
Albero del rotore
Il pacco laminato sul lato rotore è applicato a un albero d'acciaio. Le due estremità dell'albero attraversano gli scudi, rispettivamente sul lato A e B. Sul lato A è applicata l'estremità dell'albero di uscita (che nel motoriduttore è configurato come l'estremità del pignone), mentre sul lato B sono montati la ventola con le pale per l'autoventilazione e/o i sistemi complementari, per es. i fremi meccanici e l'encoder, ecc.
Alloggiamento del motore
Per potenze medio-basse, l'alloggiamento del motore può essere realizzato in ghisa o alluminio. In caso di potenze superiori tutti gli alloggiamenti vengono costruiti in ghisa grigia. All'alloggiamento è applicata una scatola morsettiera, in cui le estremità dello statore sono collegate a una morsettiera per il collegamento elettrico da parte dell'utente. Le alette di raffreddamento estendono la superficie dell'alloggiamento, facendo aumentare la dispersione di calore nell'ambiente.
Ventola, protezione della ventola
Una ventola sull'estremità dell'albero lato B è coperta da una calotta. Questa cappa guida il flusso d'aria prodotto durante la rotazione del ventilatore attraverso le alette dell'alloggiamento. Di regola, le ventole sono indipendenti dal senso di rotazione del rotore. Un tettuccio opzionale impedisce la caduta di parti (piccole) attraverso la griglia di protezione della ventola quando la posizione di montaggio è verticale.
Cuscinetti
I cuscinetti presenti negli scudi, rispettivamente sul lato A e B, collegano meccanicamente le parti rotanti a quelle fisse. In genere vengono utilizzati cuscinetti a sfere, più di rado cuscinetti a rulli cilindrici. Le dimensioni dei cuscinetti dipendono dalle forze e dalle velocità che i singoli cuscinetti devono assorbire. Sistemi di tenuta di vario tipo garantiscono che nel cuscinetto siano mantenute le proprietà lubrificanti necessarie, impedendo la fuoriuscita di oli e/o grassi.
Il sistema di avvolgimento simmetrico in tre fasi dello statore è collegato a una rete di corrente trifase con tensione e frequenza idonee. In ciascuno dei tre avvolgimenti di fase scorrono correnti sinusoidali della stessa ampiezza, tra le quali c'è uno scarto temporale di 120°. Poiché tra gli avvolgimenti di fase c'è anche uno scarto spaziale di 120°, lo statore crea un campo magnetico che ruota con la frequenza della tensione applicata.
Questo campo magnetico rotante, definito in breve campo rotante, crea una tensione elettrica negli avvolgimenti o nelle barre del rotore. Poiché la bobina è cortocircuitata dall'anello, si ha un flusso di correnti di corto circuito. Oltre al campo rotante, queste correnti creano delle forze e producono una coppia al di sopra del raggio del rotore, che accelera la velocità del rotore nella direzione del campo rotante. All'aumento della velocità del rotore corrisponde la diminuzione della frequenza della tensione generata nel rotore, poiché questo riduce la differenza tra la velocità del campo rotante e la velocità del rotore.
Le tensioni indotte, che dunque risultano inferiori, provocano correnti meno intense nella gabbia del rotore e, di conseguenza, forze e coppie di minore intensità. Se il rotore raggiungesse la stessa velocità del campo di rotazione, la rotazione sarebbe sincrona e non verrebbe generata alcuna tensione; di conseguenza, il motore non potrebbe applicare alcuna coppia. Tuttavia, la coppia di carico e il momento di attrito nei cuscinetti provocano una differenza tra la velocità del rotore e del campo rotante e, pertanto, un equilibrio tra la coppia di accelerazione e la coppia di carico. Il funzionamento del motore è asincrono.
Questa differenza aumenta o diminuisce in funzione del carico del motore, ma non è mai pari a zero, poiché c'è sempre attrito nei cuscinetti, anche in caso di funzionamento a vuoto. Se la coppia di carico supera la coppia di accelerazione massima che può essere generata dal motore, il motore "cade" in uno stato operativo inammissibile che potrebbe causare dei danni termici.
Il movimento relativo tra la velocità del campo rotante e la velocità meccanica, necessario a garantire il funzionamento, viene definito scorrimento "s" ed è indicato dal valore percentuale della velocità del campo magnetico. Nei motori a potenza ridotta lo scorrimento può essere compreso tra il 10% e il 15%, mentre nei motori trifase di potenza superiore può variare tra il 2% e il 5% circa.
Il motore a corrente alternata preleva l'energia elettrica dal sistema di alimentazione e la converte in energia meccanica, cioè in velocità e coppia. Se il motore funzionasse senza perdite, la potenza meccanica in uscita Pout corrisponderebbe alla potenza elettrica in entrataPin.
Tuttavia, anche nei motori a corrente alternata si verificano delle perdite, inevitabili ogni volta che si converte l'energia: Le perdite di ramePCu e le perdite di barraPZ si verificano quando una corrente scorre attraverso un conduttore. Le perdite di ferroPFe derivano dalla rimagnetizzazione del nucleo laminato con una frequenza di linea. Le perdite per attritoPRb derivano dall'attrito nei cuscinetti e le perdite per aria derivano dall'utilizzo dell'aria per il raffreddamento. Le perdite di rame, aste, ferro e attrito causano il riscaldamento del motore. L'efficienza della macchina è definita come il rapporto tra la potenza in uscita e quella in entrata.
In seguito all'inasprimento delle norme, negli ultimi anni è stata prestata un'attenzione sempre maggiore all'impiego di motori ad alta efficienza energetica. A tale scopo, a livello normativo sono state definite delle classi di efficienza energetica, sulle quali i produttori basano i dati tecnici. Questo ha portato all'adozione dei provvedimenti seguenti nella costruzione dei motori elettrici, con l'intento di ridurre le elevate perdite nella macchina:
Rilevando i valori di coppia e corrente rispetto alla velocità, si ottiene la curva caratteristica velocità/coppia del motore trifase. Il motore segue questa curva tutte le volte che viene alimentato, fino a quando non raggiunge il punto di funzionamento stabile. Il numero di poli, la struttura costruttiva e il materiale dell'avvolgimento del rotore influenzano l'andamento delle curve caratteristiche. Conoscere queste curve è particolarmente importante in caso di azionamento con coppia resistente (per es. meccanismi di sollevamento).
Se la coppia resistente della macchina è superiore alla coppia di insellamento, la velocità del rotore di fatto viene "bloccata". Il motore non raggiunge il suo punto di funzionamento nominale, ovvero il punto di funzionamento stabile termicamente sicuro. Se la coppia resistente supera addirittura la coppia di avviamento, il motore si arresta. In caso di sovraccarico dell'azionamento (per es. di un nastro convogliatore) la velocità diminuisce con l'aumentare del carico. Se invece la coppia resistente supera la coppia di rovesciamento, la coppia "si ribalta" e la velocità scende al valore di insellamento o addirittura a zero. Tutti gli scenari prevedono correnti molto elevate nel rotore e nello statore che, pertanto, si riscaldano molto rapidamente. La mancanza di dispositivi di protezione adeguati potrebbe comportare guasti termici del motore che, in pratica, "brucia".
Il calore generato in un conduttore di corrente elettrica dipende dalla resistenza del conduttore e dall'entità della corrente che trasporta. L'accensione e l'avviamento frequenti contro una coppia contraria comportano un carico termico molto elevato sul motore CA. Il riscaldamento consentito del motore dipende dalla temperatura del mezzo di raffreddamento circostante (ad esempio, l'aria) e dalla resistenza termica del materiale isolante dell'avvolgimento.
I motori sono assegnati a classi termiche (che in precedenza erano chiamate "classi di isolamento") che regolano le sovratemperature massime consentite nei motori. Un motore deve essere in grado di sopportare un funzionamento prolungato a una temperatura elevata in base alla sua potenza nominale nella classe termica per cui è stato progettato senza subire danni. Con una temperatura massima del refrigerante di 40° C, ad esempio, la sovratemperatura massima consentita nella classe termica 130 (B): dT = 80 K.
Esempio: la modalità operativa S3 / 40% si applica se il motore alterna tra quattro minuti di marcia e sei minuti di spegnimento.
La frequenza di avviamento ammessa indica con quale frequenza un motore può essere avviato in un'ora senza surriscaldamento termico. La frequenza di avviamento dipende da:
La frequenza di avviamento ammessa di un motore può essere aumentata attraverso le misure seguenti:
I motori AC possono essere azionati a velocità diverse commutando gli avvolgimenti o parti di avvolgimenti. Grazie all'inserimento di diverse bobine nelle scanalature dello statore o all'inversione della direzione del flusso di corrente nelle singole parti delle bobine, si ottengono diversi numeri di poli. In caso di bobine separate, la potenza di ciascun numero di poli è inferiore alla metà della potenza di un motore a una velocità delle stesse dimensioni.
I motoriduttori trifase a doppia polarità vengono utilizzati come unità di azionamento per esempio. In caso di funzionamento con un basso numero di poli, la velocità di marcia è elevata. Per il posizionamento occorre passare alla bassa velocità. Durante la commutazione, a causa dell'inerzia, inizialmente il motore mantiene la velocità elevata. In questa fase il motore trifase funziona come un generatore e frena. L'energia cinetica viene trasformata in energia elettrica e nuovamente alimentata nella rete elettrica. L'elevato passo della coppia risulta svantaggioso durante la commutazione che, tuttavia, può essere ridotta grazie a misure di collegamento idonee.
Gli attuali sviluppi nella tecnologia degli inverter a basso costo promuovono l'uso tecnologico sostitutivo di motori a doppia polarità con motori a velocità singola controllati da inverter in molte applicazioni.
Un motore monofase è una buona opzione quando nelle vostre applicazioni
Esempi di applicazioni tipiche sono ventilatori, pompe e compressori. In questo caso esistono due differenze fondamentali di progettazione:
Da un lato, il classico motore asincrono in CA è collegato solo a una fase e al conduttore di neutro. Il terzo collegamento è prodotto da uno sfasamento mediante un condensatore. Poiché il condensatore può generare solo uno sfasamento di 90° e non di 120°, questo tipo di motore monofase è solitamente valutato solo con due terzi della potenza di un motore CA analogo.
Il secondo modo di costruire un motore monofase prevede modifiche tecniche all'avvolgimento. Invece dell'avvolgimento trifase, vengono realizzate solo due fasi, una come fase principale e una come fase ausiliaria. Le bobine, che sono spazialmente sfalsate di 90°, sono alimentate da un condensatore con uno sfasamento temporale di 90°, che produce il campo rotante. I rapporti di corrente disuguali tra l'avvolgimento principale e l'avvolgimento ausiliario, inoltre, consentono di solito solo due terzi della potenza di un motore a corrente alternata delle stesse dimensioni. I motori tipici per il funzionamento monofase sono i motori a condensatore, i motori a poli schermati e i motori di avviamento, che non includono condensatori.
La gamma SEW-EURODRIVE comprende entrambi i tipi di motori monofase. I motori DRK.... Entrambi sono dotati di un condensatore di marcia integrato. Poiché questo condensatore è alloggiato direttamente nella scatola morsettiera, si evitano contorni fastidiosi. Con un condensatore di marcia, per l'avviamento è disponibile circa il 45-50% della coppia nominale.
Per i clienti che richiedono una coppia di avviamento più elevata, fino al 150% della coppia nominale, la SEW-EURODRIVE può fornire i valori di capacità dei condensatori di avviamento necessari a questo scopo, disponibili presso i rivenditori specializzati più forniti.
I motori torque sono motori CA dal design speciale con rotori a gabbia di scoiattolo. Per progettazione, sono dimensionati in modo che il loro assorbimento di corrente sia sufficiente a garantire che non si danneggino termicamente in modo irreparabile quando la velocità è pari a 0. Questa caratteristica è utile, ad esempio, per l'apertura di porte e l'impostazione dei punti o negli stampi delle presse, quando si è raggiunta una posizione che deve essere mantenuta in modo sicuro da un motore elettrico.
Un'altra modalità di funzionamento comune è la frenatura in controcorrente: Un carico esterno è in grado di far girare il rotore contro il senso di rotazione del campo rotante. Il campo rotante "rallenta" la velocità e preleva energia rigenerativa dal sistema, che viene immessa nel sistema di alimentazione - simile alla frenatura rotativa senza lavoro di frenatura meccanica.
La SEW-EURODRIVE offre il DRM../DR2M.. insieme ai motori torque a 12 poli, progettati termicamente per l'uso a lungo termine con la coppia nominale in stato di riposo. I motori torque della SEW-EURODRIVE sono adatti a diverse esigenze e velocità e sono disponibili con un massimo di tre coppie nominali, a seconda della modalità operativa.
Se i motori elettrici vengono usati in aree in cui sussiste un rischio di esplosione (ai sensi della direttiva UE 2014/34/EU)(ATEX)), occorre adottare una serie di misure preventive specifiche.
SEW-EURODRIVE propone una serie di modelli diversi, adatti ad aree e utilizzi specifici..
SEW-EURODRIVE offre la gamma di motori LSPM per le applicazioni che vengono azionate direttamente dalla rete di alimentazione e che richiedono anche una velocità sincrona o che hanno questa caratteristica senza sensore su un semplice inverter. LSPM è l'abbreviazione di "Line Start Permanent Magnet", un motore asincrono in corrente alternata con magneti permanenti aggiuntivi nelrotore. Funziona in modo asincrono, si sincronizza con la frequenza di funzionamento e da quel momento in poi funziona in modo sincrono senza slittamento rispetto alla frequenza di rete. Una tecnologia motoristica che apre nuove e flessibili possibilità di applicazione nella tecnologia degli azionamenti, come ad esempio il trasferimento di carichi senza perdita di velocità.
Questi motori ibridi compatti non presentano perdite di rotore durante il funzionamento e si distinguono per l'elevata efficienza. Si ottengono classi di risparmio energetico fino a IE4.
Le dimensioni di un motore DR..J con tecnologia LSPM sono inferiori di due stadi rispetto a un motore serie con la stessa potenza e classe di efficienza energetica. I motori della stessa taglia, invece, raggiungono una classe di efficienza due volte superiore a quella dei motori asincroni.