Marelli motori - motori elettrici trifase e monofase

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La Marelli Motori S.p.A., azienda con sede ad Arzignana, in provincia di Vicenza, ha una lunga tradizione che risale al 1891. Con oltre 100 anni di esperienza Marelli Motori è riconosciuta come un fornitore leader nei settori della Power Generation, Industriale, Petrolchimico e Marino offrendo un gamma completa di Motori e Generatori in Bassa, Media e Alta tensione.

Questa sezione è dedicata ai motori elettrici, con tale termine si indica, solitamente,  una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso è di tipo elettrico e quella di uscita è di tipo meccanico, assumendo la funzione di attuatore. Questa tipologia di macchina elettrica è fondata, analogamente a quanto accade nel generatore elettrico, sulle forze elettromagnetiche che interagiscono tra un sistema di correnti ed un campo magnetico.

Diverse distinzioni si possono fare in base ad altri riferimenti: per esempio, la distinzione tra motori sincroni, nei quali la frequenza di alimentazione è pari ad un multiplo della frequenza di rotazione, ed asincroni, in cui le due frequenze sono diverse; pertanto di solito le categorie in cui si classifica il motore elettrico sono motore asincrono, motore sincrono o motore in corrente continua.

Il motore sincrono è un tipo di motore elettrico in corrente alternata in cui lo statore, generalmente trifase, genera un campo magnetico rotante. Nel rotore è presente un campo magnetico (generato da un magnete permanente o un avvolgimento alimentato in continua) che è attirato dal campo magnetico rotante dello statore, generando la coppia motrice.

L'avviamento di questo tipo di motore è relativamente complesso perché ha una curva di coppia impulsiva centrata sulla frequenza della corrente di alimentazione dello statore; questo significa che il rotore ha una coppia di trascinamento solo ed esclusivamente se sta girando alla stessa frequenza della corrente alternata dello statore. Quindi a motore fermo l'applicazione della tensione alternata non è in grado di produrre l'avviamento del motore perché il rotore ha coppia nulla. Per questo, il motore viene inizialmente portato alla velocità di rotazione finale per mezzo di un motore asincrono, quindi, dopo avere scollegato quest'ultimo, viene collegata la tensione di alimentazione alla stessa frequenza di rotazione raggiunta e, successivamente, inserito il carico meccanico utilizzatore. Oltre che avere fisicamente 2 motori in parallelo, questo può anche essere realizzato con motori sincroni appositamente realizzati (forniti di un ulteriore rotore a gabbia di scoiattolo che fornisce il comportamento asincrono), quindi passare al modo sincrono. Negli ultimi anni l'utilizzo dell'elettronica di potenza ha semplificato drasticamente l'avviamento; infatti consente di regolare sia la tensione (e quindi la corrente) di alimentazione che la frequenza. Così partendo da frequenza nulla e facendola crescere molto gradatamente si aziona con continuità una coppia in grado di accelerare il motore a partire da fermo. Gli azionamenti che consentono questa modalità (inverter o cicloconvertitori) sono realizzati con componenti a semiconduttore come il tiristore o il transistore IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

A causa della limitata praticità del motore sincrono, il suo uso con alimentazione diretta dalla rete è limitato a campi di applicazione ove sia richiesta una velocità di rotazione particolarmente precisa e stabile, per esempio nell'industria della carta, dove il perfetto sincronismo di diversi motori consente di evitare la rottura dei fogli. È invece molto usato per azionare carichi a velocità variabile ove alimentato da convertitore statico (inverter), come accade ad esempio nella maggior parte dei veicoli elettrici (quasi tutti tranne quelli della Tesla Motors che sono asincroni). Esistono anche piccoli motori sincroni ad avvio automatico ed alimentazione monofase utilizzati in meccanismi temporizzatori quali i timer delle lavatrici domestiche e un tempo in alcuni orologi, sfruttando la buona precisione della frequenza della rete elettrica.

Rispetto ad un motore asincrono, il motore sincrono non è in grado di adattarsi a variazioni significative della coppia resistente; infatti, se una volta a regime la rotazione viene frenata o accelerata oltre un certo limite, si innesca una serie di oscillazioni che portano il motore al blocco e possono provocare forti sovracorrenti tali da danneggiare il motore; inoltre va prevista una protezione dalle sovracorrenti.

Il motore asincrono è un tipo di motore elettrico in corrente alternata in cui la frequenza di rotazione non è uguale o un sottomultiplo della frequenza di rete, ovvero non è "sincrono" con essa; per questo si distingue dai motori sincroni. Il motore asincrono è detto anche motore ad induzione in virtù del suo principio di funzionamento.

Quando, a causa di una forza esterna, il rotore ha una velocità superiore al campo rotante dello statore il motore asincrono può essere utilizzato come generatore asincrono con o senza l'utilizzo di condensatori a seconda che venga collegato alla rete o no. È utilizzato per piccole potenze, in occorrenze nelle quali si preferisce la facilità d'impiego rispetto al motore sincrono (che richiede l'uso di inverter) anche a discapito del rendimento. Tuttavia il rendimento è in funzione della potenza massima e diminuisce all'aumentare del numero di poli, generalmente per i motori trifase va da 0,67 fino a 0,97 per i motori più grandi

Il motore si compone di una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore. Lo statore è formato da un pacco di lamierini aventi la forma di corona circolare. Le scanalature interne al pacco di lamierini statorici accolgono i conduttori (filo di rame smaltato) dell'avvolgimento statorico, che può essere trifase oppure bifase (a seconda del tipo di corrente alternata di alimentazione). Il rotore è situato all'interno dello statore ed è costituito da un pacco di lamierini aventi la forma di corona circolare. Esso presenta un foro interno per il passaggio dell'albero di rotazione, e scanalature esterne (cave rotoriche) per accogliere l'avvolgimento rotorico. Quest'ultimo può essere di due tipi:

•        rotore avvolto (detto anche ad anelli);
•        rotore a gabbia di scoiattolo (detto anche in cortocircuito).

Tra statore e rotore è lasciato un piccolo spazio detto traferro, per consentire la libera rotazione del rotore. Questo sottile spessore d'aria (che funge da dielettrico) è di qualche decimo di millimetro o comunque quanto più piccolo consentito dalle tolleranze meccaniche. Gli avvolgimenti statorici sono in genere inglobati in resine, che garantiscono anche un'ottima protezione dall'acqua e dagli agenti atmosferici.

Lo statore contiene in genere un numero pari di avvolgimenti in quanto, normalmente, ce ne sono due per ciascuna fase di alimentazione. Un motore a tre fasi, o trifase, avrà quindi come minimo sei avvolgimenti, cioè una coppia di poli per ogni fase, mentre un motore a due fasi avrà tipicamente quattro avvolgimenti. I due avvolgimenti di ciascuna coppia polare sono collegati in serie e disposti fisicamente l'uno di fronte all'altro. Nel caso del motore trifase a sei avvolgimenti le coppie polari presentano uno sfasamento di 120° fisici ed elettrici; invece, nel motore bifase le due coppie polari hanno uno sfasamento di 90° fisici ed elettrici.

Altra distinzione che può essere fatta è sulla differenziazione dei motori trifase e monofase.

ll motore trifase è una tipologia di motore elettrico il cui funzionamento è basato sull'applicazione del principio del campo magnetico rotante di Galileo Ferraris ad un insieme trifase di correnti in ingresso. Infatti per funzionare richiede l'utilizzo di sistema trifase di correnti, sfasate tra di loro nel tempo e nello spazio di 120° elettrici. Il neutro può essere o non essere accessibile a seconda dell'applicazione prevista.

Il motore monofase è un tipo di motore elettrico che viene alimentato in corrente alternata monofase