L AUTO ELETTRICA IACONA DARIO. 4 Liceo Scientifico. Istituto Alberto Moravia a.s. 2011/2012

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1 L AUTOELETTRICA IACONA DARIO Istituto AlbertoMoravia a.s.2011/ Liceo Scientifico 0

2 Indice Introduzione 2 Storiadell automobileelettrica 3 Glianniruggenti 10 L automobileelettrica 12 Ilmotoreasincronotrifase 14 Ilfuturismoel automobile 24 1

3 Introduzione L'argomentodellamiatesinariguardal automobileelettrica.hocercatoditrattareiltemadal puntodivistainterdisciplinare,toccandodiversemateriedistudio:inparticolareelettrotecnica, maanchearteeletteratura. Sullasceltadiquestoargomentohapesatomoltolamiapassioneperilmondodeimotorielamia sceltauniversitaria,chemipotràportareinfuturoalavorarenelsettoreautomobilistico. HointenzioneinfattidicoltivareilmiointeresseiscrivendomiallaFacoltàdiIngegneria dell AutoveicoloalPolitecnicodiTorino,conl intentodiraggiungerel obiettivochetutti desidererebbero: fareciòchepiace. 2

4 Storiadell automobileelettrica Leautoelettricheabatteriafuronotraleprimeautomobiliadessereinventate,sperimentatee commercializzate.laprimacarrozzaelettricafurealizzatatrail1832edil1839(l'annoesattoè pococerto). Seallafinedel1800,invecedigrandigiacimentidipetroliosifossescopertounmodoefficientedi immagazzinarel elettricità,oggiforseviaggeremmotuttisuveicolielettriciemagarisiparlerebbe delmotoreacombustioneinternacomepossibile,madifficilealternativa. All inizioilmotoreacombustioneerasporco,rumorosoedifficiledafarfunzionare.nonpuò dunquestupireilfattochelatrazioneelettricasiastatacompetitivaalmenofinoaiprimiannidel 1900.Infattiprimadellapreponderanzadelpotentemainquinantemotoreacombustione interna,leautoelettrichedetenevanomoltirecorddivelocitàedidistanzepercorseconuna carica. Iveicolielettriciabatteriaperuncertotempovendetterodipiùrispettoaiveicoliabenzina.A causaperòdeilimititecnologicidellebatterie,edellamancanzadiunaqualsiasitecnologiadi controllodellacaricaedellatrazione,lavelocitàmassimadiquestiprimiveicolielettriciera limitataacirca30km/h.inseguitoquestiveicolivennerovenduticonsuccessocome towncar (veicolidiquartiereodipaese)allepersonedelleclassiagiate.venivanospessocommercializzati comeveicoliappropriatialsessofemminile,acausadellalorooperativitàsemplice,pulitaepoco rumorosaechenonnecessitavadifrequentemanutenzione. LatecnologiadifineOttocentopermisealbelgaCamilleJenatzydisuperareperprimoiltraguardo deicentokm/hconunveicoloelettrico. Maormaierastatoraggiuntounlimiteallosviluppo:lacapacitàenergeticadellebatterie.Tantoè verochelesuccessivesperimentazionidiveicolielettricistradali,continuatefinoaglianniventi, nondiederoifruttisperatiperquantoriguardaleautomobiliprivate. Tuttavia,latrazioneelettricaconalimentazioneadaccumulatorièstatautilizzataladdovenon interessanoautonomiaevelocità,masilenziositàedassenzadigasdiscarico.ovveroperimpieghi particolari,comeicarrelliperilmovimentonellestazioniferroviarie,icarrellielevatori,lepiccole autopericampidagolfediveicoliperiserviziportaaporta. 3

5 Ultimamenteilsaltotecnologicodell elettronicahapermessodimigliorareleprestazioniinfatto divelocitàeautonomia.manoninsieme,perchéilproblemairrisoltoèquellodiavereuna batteriaconlacapacitàdiimmagazzinareenergiainquantitàsimileaquelladeicombustibili liquidi. All iniziodel1996sonosolodueitipidibatteriautilizzabilisulleautoelettriche:ilclassicotipoal piombo acidoequelloalnichel cadmio.altridispositividiaccumulochimicodienergiasonoallo studio,cosìcomel accumulomeccanicoequelloconsupercondensatori. Lasoluzionecuisitendesembraesserequelladellapropulsioneibrida:inmodalitàelettricaoffre unaridottaautonomiaazeroemissioni,mentreutilizzailmotoreacombustioneperlelunghe percorrenzeavelocitàelevate.sitrattadiuncompromesso,maforsel unicopraticabilealmeno finoaquandositrovilabatteriaideale.ilsistemaibridoapreuncapitolocompletamentenuovo, anchesenellastoriadellalocomozionestradalenonsonomancatiesperimenticonveicolidotati diquestisistemi. Inquestiultimianninumerosecasecostruttricisisonocimentatenellarealizzazionediprototipi ibridi,tuttimoltointeressantisebbeneinevitabilmentepenalizzatidall altocostoderivantedalla presenzadiunsistemaamotoretermicoediunoelettrico. ThomasEdisonedun'autoelettricanel1913 4

6 Cronologiadell automobileelettrica 1799.AlessandroVoltainventalapila Unamericano,ThomasDavenport,brevetta(eforsecostruisce)unveicoloelettrico funzionanteconunrudimentalemotorecostituitodaunaelettrocalamitaedunarpionismo Unoscozzese,RobertDavidson,costruisceunveicoloelettrico,chesecondoaltrefonti risalirebbeal IlfranceseGustaveTrouvégiraaParigiconuntricicloelettricodotatodiduemotoriperle ruoteposteriori Il29aprileaBerlinosisperimentaunautobuselettricosullaKurfürstendammtraHalenseee Charlottenburg ThomasEdisonsperimentaunveicoloelettricospintodallebatteriealcalinedisua invenzione GiuseppeCarli,diCastelnuovodiGarfagnana,costruisceuntricicloelettricoadueposti,con motoreda1cveche,completodibatteriepesavaappena140kg IlfranceseJeantaudproduceevendevettureelettricheconautonomiadi30kmevelocità massimadi20km/h ServizioditaxielettricidellaLondonElectricalCabCompanycon15vetture;ancheaNew Yorkiniziaunservizioanalogocon100vetturedellaElectricVehicleCompany Il29aprileadAchères,ilbelgaCamilleJenatzyconlasuavetturaelettricaspecialeJamais Contente,stabilisceilrecorddivelocitàperautoveicoliallamediadi105,88km/h LavetturaelettricaTorpedodiWalterBakertentadibattereilrecorddivelocitàil30maggio astatenislandpressonewyork:nonciriesceacausadiunincident pilotaedilmeccanicosi salvanograzieall uso,perlaprimavoltanellastoriadell auto,dellecinturedisicurezza NegliStatiUnitivieneeffettuataunaprovadiautonomiaperveicolielettrici,unodeiquali percorreicirca200kmtraatlanticcityenewyorkallamediadi33km/h CessalaproduzionedellaDetroitElectric,ultimaautomobileelettricaprodottainserienegli StatiUniti L Inghilterraèl unicopaesedoveprosperaun industriaproduttricediveicolielettrici industriali,conunadecinadifabbriche.leproveeseguiteconveicoliperconsegneportaaporta 5

7 mostranounsensibilevantaggiodeiveicolielettricirispettoaquelliabenzinaoatrazione animale ApartiredaglianniSessantaricomincianoaproliferareleproposte,glistudiei prototipiperlaproduzionediautoelettriche,sottolaspintadelpericolodiinquinamentocausato daigasdiscarico.tuttelegrandicaseautomobilistichepresentanoiloroprototipi,senzacontare gliinventorilacuipresenzasiinserisceinconcomitanzaconlericorrenticrisienergetiche. Ildecennioècaratterizzatodaunasempremaggiorepresenzadiprototipicostruitidallegrandi caseautomobilistiche,siaspontaneamentechesusollecitazionedellesocietàproduttricidi energiaelettrica,alloscopodivalutareilcomportamentodeiveicolielettrici,inquantoleuniche batteriedisponibilisonoquellealpiomboconunamodestacapacitàdiaccumulo.lafiat costruisceunprimoprototiponel1963sullabasedella600multipla,poinel1965unaltrosulla basedella1100d,enel1967unterzosullabasedella850.cisonoancheprototipigiapponesi (ToyotaCorona),dellaFord,dellaWestinghouse(laMarkette,forselapiùbruttaautomaivista). LaGhiadiTorinocostruisceunbellissimoprototipoperlaRowan,ungruppostatunitenseche avrebbedovutosviluppareunabatteriadalleprestazionimirabolanti.purtroppomaivista.nel 1968unamonopostodarecordcostruitadallaFord Autoliteportailrecordsulchilometrolanciato perautoelettrichea223km/h PiaggiometteinvenditalaprimaserieApecarelettrica;costruiticirca300esemplariper amministrazionipubblicheconelevatasensibilitàecologica 1990.laFiat,primagrandemarcaalmondo,metteinvenditalaPandaElettraregolarmentea catalogo LaFIATrealizzaadAreseunpolodiprogettazionediveicoliaminimoimpattoambientale, tracuila600elettra,diffusaincentinaiadiesemplariintuttaeuropa,eunaversioneibridadella Multiplacheperònonverràmaiprodottainquantitativisignificativi.Prototipiassaiinteressantie avanzativengonomessiapuntoanchedalcentroricerchefiatdiorbassano,siacontecnologia ibridaametano,siaconcelledicombustibile. Ilcrescenteinteresseperiveicoliacelledicombustibile,chealtrononsonocheveicolielettrici cheoltreallabatteria(piccola)posseggonounageneratoreelettrochimicoalimentatodaun combustibile(idrogenooaltro),assicuratuttaviaunruolocertodelmezzoelettriconellamobilità stradaledidomani.edanzi,unafortevalenzadell'attualediffusionedimezziabatteriaresta proprioquelladifarentrarenella"culturatecnica"diffusaquell'assiemediconoscenze,abitudini, 6

8 infrastrutture,chesarannoessenzialipersupportareladiffusionedidomanideimezziacelledi combustibile. LaJamaisContente CamilleJenatzye"LaJamaisContente"inparatadopoilrecord LaJamaisContenteèunaconceptcaratrazioneelettrica,costruitanel1899.E entratanellastoria peresserestatalaprimaautomobileasuperarelavelocitàdi100km/h. Allafinedel1800lamigliortipologiaditrazionepergliautoveicolieraancoramoltodibattutatrai sostenitoridelmotoreascoppioequellicheritenevanopiùadattelatrazioneelettricaoavapore. Alloscopodimettereallaprovalevarietecnologie,ilgiornale"LaFranceAutomobile"aveva decisodiindirealcunemanifestazionivelocistichesustrada,ovevenivamisuratalavelocitàdelle vetturesulladistanzadiunchilometro. Moltiipartecipanti,maduediquestisidiederobattagliaadognigara,abordodeiloroveicolia trazioneelettrica:furonoilfrancesegastondechasseloup LaubatedilbelgaCamilleJenatzy. Èil1 maggio1899quandojenatzyscendeincampoperdimostrarelasuperioritàtecnicadella suavetturaaformadisiluro.dopoillanciodi500metri,lajamaiscontentepercorreilchilometro allavelocitàmediadi105,88km/h,fermandoilcronometrosui34secondinetti.perottenere questorisultatoiduemotori,unoperciascunaruotaposteriore,vennerosurvoltatiiltempo necessarioastabilireilprimato. 7

9 LaTeslaRoadster LaTeslaRoadsterMY2008 LaTeslaRoadsterèun'autoelettrica,invenditadal2008,realizzatadallacasaautomobilistica californianateslamotors. Sitrattadiun'autovetturaroadster,ovverosiaun'automobilesportivaadueposti,munitadiun motoreelettricoasincronoatrefasicontrasmissionemonomarciaborgwarneracoppiacontinua funzionantea14.000girialminutoamassimocarico,capacediraggiungereunavelocitàmassima dipiùdi200km/h(limitataelettronicamente)edisviluppareunaaccelerazioneda0a100km/hin 3,9secondi.Ilcomputerdibordopermettedisceglieretracinquemodalitàoperative Maximum Performance,MaximumRange,Standard,Storage,Valet egovernailsistemadiricaricadelle batterieagliionidilitioindotazione.questebatteriefornisconoall'autoelettricaun'autonomia 8

10 finoa392kilometri(deltuttosimileaquelladellenormaliautoabenzina)elalororicarica completa,attraversoleappositecolonninedirifornimento,duracircatreoreemezzo,mentreper unaricaricaall'ottantapercentosonosufficientidueorecirca.l'eventualericaricaattraversoil normaleimpiantoelettricodicasanecessitainvecedi10/15ore.lateslaroadsterèunadelle primeautomobiliamontarefreniarigenerazioneelettrica.lacarrozzeriainfibradicarbonioè statarealizzataincollaborazioneconlalotuscarsesinotanolesomiglianzeconildesigndella LotusElisesecondaserie. Ilprogettoèstatoincantiereperpiùdicinqueanniperpoiessereufficialmentepresentatocome prototipoil19giugno2006.leversionisuccessivesonostatequindiesposteduranteipiù importantisaloniautomobilisticiinternazionali.l'avviodellaproduzioneèavvenutonelfebbraio IlmotoredellaTeslaRoadster Nelmarzo2008lasocietàhainiziatolaconsegnadelleprimeautomobili.NelmesediFebbraio 2009laproduzionehasuperatolaquotadicentoveicolialmese.Nonostanteilcostoelevato (attornoai dollari)lateslamotorshadichiaratodiavergiàricevutoprenotazioniper tuttalaproduzioneprevistaperil2008eperilprimosemestredel2009(circa1000pezzi);finoa Marzo2009sonostateconsegnate320vetture. L'immissionesulmercatoeuropeoèiniziatanelmaggio2009.L'ufficiocommercialeTeslain EuropaèaLondramentrel'assistenzahabasenelPrincipatodiMonaco. [1] LaTeslaMotorsha riservatoperl'italia25roadsterperil2009e90peril

11 Glianniruggenti Lacrescitadellaproduzioneedeiconsumi Trail1922eil1928gliStatiUnitisubironounanotevolecrescitaeconomicanellaqualela produzioneindustrialesalìdioltreil60%. Sitrattavadiunatrasformazionedovutaprincipalmentealdiffondersidella2^rivoluzione industriale.questosviluppodell industria,deiprocessidirazionalizzazionedellavoroe dell introduzionedinuovetecnologieriducevanoilfabbisognodimanodoperaindustrialeeportò allaproduzionedimassaintuttiisettori. Perfarfronteaquestaproduzionedimassaoccorrevacreareconsumatoridimassa,ossia occorrevachetuttiicittadiniacquistasseroiprodotti.afavorirequestofenomenoprovviderola diffusionedelleinnovativetecnichepubblicitarieeilsuccessodinuoveformedidistribuzione,tra cuiigrandimagazzinielapossibilitàdipagamentirateali,iqualirendevanol acquistodiprodotti accessibileatutti. AllafinedeglianniVenti,negliStatiUniticircolava1automobileogni5abitanti. Inoltresulmercatoapprodarononuoviprodotti,comeilcellofanelagommapiuma. Digrandeimportanzafuladiffusionedellaradio. Nel1929il63%dellapopolazioneusufruivadell energiaelettrica. Quindi,lapresenzadiquestobenesserediffondevaunentusiasmonellanazioni,infattigliStati Unitivolevanodimenticareisacrificidiguerra,desideravanodivertimentiedistrazioni,enona casotrionfaronoiljazzeinightclub.questisonoiruggentianniventi. L isolazionismo Dopolaguerra,gliStatiUnitieranodiventatilaprimapotenzamondialeequindiavevano raggiuntolivellidiricchezzamoltopiùaltidell Europa.Pertantotraicittadinicrebbeilrifiutodiun 10

12 interventopoliticoafavoredell Europa. IlrepubblicanoWarrenHardingvinseleelezionipresidenzialidel1920conunprogrammache ampliavaquesterichieste. IlSenatoavevagiàdecisodiapprovareilTrattatodiVersailles,egliStatiUnitinonentraronoafar partedellasocietàdellenazionidiwilson.pertantoilpresidentedemocraticoavevavistofallireil suoprogettodiunapresenzacostantedeglistatiunitisullascenapoliticamondiale. Successivamenteconlavittoriarepubblicana,siaffermòl isolazionismo,cheeraunmovimento secondocuiilpaesedovevabadaresoloaquestionidipoliticainternaodiaffaricheriguardavano l aeradelpacifico. Laxenofobia Glistatunitensiavevanounagrandevolontàdidifendereilbenessereraggiunto,epertantocrebbe inlorol intolleranzaneiconfrontideldiversoedeglistranieri. Tragliimmigratic eranomoltidisperatidispostiafarequalsiasicosapurdiarricchirsi,eglieuropei sbarcatineglistatiunitiavevanomoltospessoideerivoluzionarieoprogressiste.ilpregiudizio portòmoltiamericaniadidentificareglieuropeicomesovversivi. Cosìaumentòl ostilitàneiconfrontidegliimmigratienel1924unaleggestabilìchesarebberostati ammessinelpaesesolo3800italianicontroi42000dell annoprecedente. FuperòrappresentativoilcasoSaccoeVanzetti,dueanarchiciitaliani,chevennerocondannatia mortenel1921perunarapinachesiconcluseconunomicidio.leprovedimostravanolaloro innocenza,mavennerocomunquegiustiziatinel1927. AumentaronoancheiconsensidelfamigeratoKuKluxKlancheriguardòtuttigliStatiUniti. Ilproibizionismo Inquestoambitodisentimentidiintolleranzaneiconfrontidellostraniero,nérisentìanchela leggecheneglistatiunitiaprìlastagionedelproibizionismo,cioèildivietodivenderee consumarealcolici.grandibevitorieranoinfattigliirlandesieitedeschi. Ilprovvedimentofuresoesecutivodel1921dairepubblicani. Questaleggesirivelòcontroproducente,infattil alcolismononfusconfitto,maaumentòla criminalitàorganizzata,icuicapi,effettuavanoproduzioneclandestinadialcolici.traigangster 11

13 ricordiamol immigratoitalianoalcapone. Nel1933laleggevenneabolitaperchéloStatosiresecontodeidisastrosirisultatiottenuti. L automobileelettrica L'Automobileelettricaèdotatadiunmotoreelettricoalimentatodaunsistemadibatterie ricaricabili.leautomobilielettrichesonomeccanicamentepiùsempliciedurevolidiquelle alimentateabenzina,enoncontribuisconoall inquinamentoatmosferico. Comefunzionano Un automobileelettricaèdotatadiunabatteria,diuncaricabatteriadacollegarsiaunapresadi correnteediun controller,collegatoalpedaledell acceleratore,chegestisceilflussodi elettricitàfrabatterieemotore. Ilmotoreelettricoconvertel energiafornitadallabatteriainenergiacinetica.ilconducentenon devefaraltrocheaccenderel auto,selezionareilsensodimarciaconunappositoselettoree premereilpedaledell acceleratore. Comenelmotoreacombustioneinternadiun automobileconvenzionale,anchenelmotore elettricoilmovimentodiunelementorotantevienetrasmessoalleruotedaunapparato riduttore. Inoltrenonèpresentealcunsistemadifrizioneodicambioautomatico.Laretromarciasiottiene invertendoilflussodell elettricitàcircolantenelmotore:intalmodosiinverteilversodirotazione delmotorestessoequindidelriduttore,ilqualeasuavoltainvertequellodelleruote.tuttaviala velocitàmassimadelmotorenelcasodirotazionecontrariavienelimitataelettronicamenteper ovvimotivi. Leautomobilielettrichesonoinoltredotatediunsistemafrenantearecupero,notocome Re Gen.Sitrattadiunsistemacheagiscecontemporaneamenteanchedacaricabatteria:quandoil conducentetoglieilpiededall acceleratore,ilmotorediventaungeneratoreelettrico,che riconvertel energiacineticadelveicoloinelettricitàelaimmagazzinanellabatteria.la conversionedell energiacineticainenergiaelettricacausailrallentamentodell automobile.e 12

14 comunquepresenteancheunpedaledelfrenoeunsistemafrenantetradizionale,daazionarenel casoincuisianecessarioarrestareilveicoloinspaziristretti. Considerazioni L'energianecessariapercaricarelabatteriadiunavetturaelettricavienegeneralmenteprodotta nellecentralielettricheattraversolacombustionedipetrolio,gasmetanoocarbone,elabatteria permetteilfunzionamentodell automobilesenzaemettereprodottidirifiutiinquinanticome quellidiunmotoreacombustioneinternainoltresihaminoreinquinamentoacusticorispettoai motoriacombustioneinternasenzalaproduzionedifuminocivi. Quantoagliscarichidellacentraleelettrica,èpiùfacilecontrollareleemissionidisostanze inquinantidiununicoimpiantochenonquelledeltubodiscappamentodimilionidiautomobili alimentateabenzinamabisognaricordareche,sel'automobileelettricavienerifornitacon energiaprodottadafontirinnovabili,produceuninquinamentopraticamentenullo. Inquestomodo,riducendoladipendenzadalpetrolio,sipotrebberallentareilriscaldamento globale(attenuandol'effettoserra). Leautomobilielettricheodierne,ancorainfasediperfezionamento,sonoprobabilmente destinateasostituirequelleacombustioneinterna.sonoinfatticonsiderateunasoluzioneefficace persfruttarelerisorseenergetichedisponibili,dalmomentochemolteformedienergiapuò essereconvertitainelettricità. Inoltre,ladiffusionediquestotipodiautomobilinonrichiederebbenuovisistemididistribuzione delcombustibile:l elettricitàègiàdistribuitainmodocapillarepraticamenteovunque. Ilsolonuovosistemarichiestopergarantireilfunzionamentodelleautomobilielettrichesarebbe quellonecessarioperilcaricamentodellebatterie. Iveicolielettrici,nonessendodotatidimotorechebruciacombustibileliquidoedeiconseguenti apparatinecessarialsuofunzionamento,sonoenormementepiùaffidabilierichiedonouna manutenzioneestremamenteminima. 13

15 Attualmenteladiffusionedelleautomobilielettricheèancoramoltolimitata,soprattuttoacausa dellascarsapraticitàdelsistemadiricaricadellebatterie,chegarantisceun autonomia insufficiente. Eventualiaccessori,qualiunimpiantodiclimatizzazioneolaradio,causanotral altroun esaurimentoancorpiùrapidodellabatteria. Ilmotoreasincronotrifase Introduzione Imotoriasincronitrifasepossonoessereconsideratitralemacchineelettrichepiùaffidabili.Essi svolgonolafunzionediconvertirel energiaelettricainenergiameccanicapermoltiannicon interventidimanutenzioneridottiesiadattanoaprestazionidiverseinbasealleesigenze, coprendosiaapplicazionidiproduzionesiadiserviziotrovandoquindiimpiegoneisettori industrialipiùsvariati. Leapplicazioniriguardanoquellemacchineconorganiinmovimentoavelocitàfissaovariabile qualiadesempioisistemidisollevamentocomeascensoriomontacarichi,ditrasportocome nastritrasportatori,isistemidiventilazioneeclimatizzazione,senzadimenticareforseilpiù comuneimpiegocomepompeecompressori. IlMotoreAsincronoTrifase,notoanchecomeMAT,venneperlaprimavoltarealizzatodaGalileo Ferrarisnel1885.Essovienealimentatodirettamentedallaretedidistribuzione,atensionee frequenzacostanti,edèilmotoreelettricopiùsemplice,economico,robustoedaffidabilechela tecnicaconosca.èadelevatorendimento,nonrichiedelubrificazione,némanutenzione,non presentaalcunadifficoltàoparticolaritàperl avviamentoe,pertanto,èildispositivopiùdiffuso nell utilizzazionedell energiaelettricacome forzamotrice. IlMATè,generalmente,sottol aspettoelettrico,unutilizzatoretrifasecheprovvedeaconvertire energiaelettricainmeccanicaperazionaremeccanismisempliciedeconomici,vienealimentato direttamentedallarete,atensioneefrequenzacostanti,elasuavelocitàdirotazioneècostante. 14

16 Imotoriasincronipossonoesserealimentaticonunsistemapolifasesimmetricoqualunquedi tensioni,ma,poichéladistribuzionedell energiaelettricavienefattaesclusivamenteconsistemi trifasi,nellapraticavengonorealizzatisolomat. IlMATavendounfunzionamentoreversibile,cometuttelemacchineelettriche,puòfunzionare anchedageneratore,matuttaviaèpocousatoperquestoscopo. Strutturadelmotoreasincronotrifase Permegliocomprenderecomeèstrutturatounmotoreasincronotrifase,diseguitoforniamouna brevedescrizionedelleprincipalipartichecompongonolamacchinarotanteenellequalisi generanoifenomenielettricidacuinescaturisceilfunzionamento. Ilprimoelementochedescriviamoèlostatorechepuòesseredefinitocomel insiemedelleparti fissechesvolgelafunzionedisostenerealmenoparzialmentelamacchina,mafondamentalmente costituiscelapartedelcircuitomagneticochecontienegliavvolgimentiinduttorialloggiatiin appositecaveinessoricavateincorrispondenzadellasuasuperficieinterna. Lostatoreècostituitodalamieriniinlegad acciaio siliciooinacciaiomassiccio,isolatitradiloro. Dallasuastrutturadipendequantosiainteressatodaflussimagneticivariabilineltempoche provocanoperditeperisteresiepercorrentiindotteparassite. Nellecavericavatenellastrutturadeilamierinisonoinserititreavvolgimentiprimari(ognuno costituitodapiùbobinediversamentecollegatetraloro),aiqualivieneapplicatalatensionedi alimentazioneechegeneranoilcampomagnetico. Gliavvolgimentistatoricitrifasepossonoesserecollegatiastellaoppureatriangolo,lacosaè possibileconmotoridotatidimorsettieracon6morsetti,permettendodialimentarelostesso motorecontensionitrifasediretedifferenti. Ilsecondoelementoèilrotorechevieneposizionatoall internodellostatore,ecostituisceil circuitoindottodellamacchina.perunmotoreagabbiadiscoiattoloilrotoreècostituitodaun sistemadisbarreconduttrici(rameoalluminio)coassialiall assedirotazione,epressofuse direttamentenellecavericavatelungotuttalaperiferiaesternadelnucleoferromagnetico. 15

17 Lesbarrevengonochiuseincortocircuitodadueanelliconduttoripostiagliestremiche costituisconoancheunfissaggiomeccanicoperlesbarrestesse.siottienecosìunrotore estremamentecompattoerobusto,alqualesifissaanchel alberodelmotore. Ilcampomagneticoindottochecostituisceilprincipiodifunzionamentodelmotore,portaquindi inrotazionel alberodelmotoreconvertendocosìenergiaelettricainmeccanica. Sonopresentialtricomponentimeccanicichecostituisconoilmotore,iprincipalisono: iduecuscinettimontatisullostatoreconlafunzionedisorreggerel alberodelmotore; lacarcassa,checonlealettesmaltisceilcaloreprodottosoprattuttodallostatoreecontiene anchelamorsettieradiconnessione; laventola,cheprovvedealraffreddamento. Statorediunmotoreasincronotrifase 16

18 Rotorediunmotoreasincronotrifase Rappresentazioned insiemeedinsezionediunmotoreasincrono 17

19 Idatinominalielettriciemeccanicidelmotoresonoriportatisullatarghettadatimacchina,detta anchetarghettadiidentificazione. 18

20 L'allacciamentoelettricodelmotoreasincronotrifasevienerealizzatodinormamedianteuna morsettieraconseibullonidicollegamento,comesipuòvederenellapartealtadella rappresentazionegraficadelmotore. Ilmotoreasincronopresentaiseguentivantaggi: bassocostoefacilerealizzazione; bassorapportopeso potenza(aparitàdipotenzaunmotoreasincronotrifasepesacircala metàdiunoincorrentecontinua); ampiadisponibilitàdipotenzechenedeterminal'impiegoindiversicampi(dalsemplice elettrodomesticoaimacchinariutilizzatinell'industria). Percontro,ilmotoreasincronopresentaanchealcunisvantaggi: lecorrentiassorbitenellafasediavviodellamacchinarisultanomoltoelevate(spunto iniziale)tantodadeterminareinalcunicasisbalziditensionesull'interalineadi distribuzionedell'energiaelettrica; lapotenzameccanicainizialmentedisponibilerisultabassa(avolteancheinferioreaquella nominale)tantodarenderedifficoltosol'avviosottocarico; impossibilitàdiregolarelavelocitàdirotazioneintervenendosullasolatensionedi alimentazioneolimitandolacorrentenegliavvolgimenti. 19

21 Comefunziona Ilmotoreasincronoèuntipodimotoreelettricoincorrentealternataincuilavelocitàdirotazionedell' alberoèminoredellavelocitàdirotazionedelcampomagneticogeneratodagliavvolgimentidistatore, ovverononc'èsincronismotraleduevelocità;perquestosidistinguedaimotorisincroni. Lostatorecontieneingenereunnumeroparidiavvolgimentiinquanto,normalmente,cenesono 2perciascunafasedialimentazione.Unmotoreatrefasi,otrifase,avràdinormaseiavvolgimenti ovverotrecoppiepolari. Nelmotoretrifasesonodispostitreavvolgimentidifase,sfasatidi120 /p(p=numerodicoppiedi poli)l'unorispettoall'altro.applicandounatensionealternatatrifase,sfasatadi120,sigeneraun camporotantenelmotore. Larotazionedelcampomagneticodistatoreavvieneadunavelocitàfissan s legataallafrequenza dialimentazionef,dettavelocitàdisincronismo.lavelocitàdirotazionedelrotoren r saràsempre minorediquelladisincronismo.questadifferenzafasìchesulrotoreagiscauncampomagnetico cheruotaadunavelocitàn s n r,pertantoessosaràsedediforzeelettromotriciequindicorrenti indotte(perquestomotivosiparladimotoreadinduzione). Evidentementelecorrentidirotoreprodurrannoalorovoltauncampomagneticocheruotaa velocitàn s n r rispettoalrotore,ilqualeruotaavelocitàn r rispettoallostatore;ilrisultatoècheil campodirotoreruotaavelocitàn s rispettoallostatoreedèdunquesincronoconilcampodi statore. Attraversol'effettodiinduzionevengonogeneratiilcamporotanteelacoppianell'avvolgimento rotorico.ilnumerodigiridelmotoredipendedalnumerodicoppiedipoliedallafrequenzadella 20

22 tensionedialimentazione.ilsensodirotazionepuòessereinvertitocambiandoduefasidel collegamento. Illegametravelocitàdisincronismo,frequenzafdialimentazioneedilnumerodicoppiepolaripè espressodallarelazione: n s =girialminuto f=frequenzadellatensioneinhz p=numerodicoppiedipoli Dallaformulachedefinisceloscorrimentoèpossibileesprimerelavelocitàdirotazioneeffettiva delrotore(n ) : Ilvaloreeffettivodelloscorrimentodipendedalcaricoeffettivosulrotore.Ilcaricononèmainullo perchésonosemprepresentiifenomenidiattritotralepartimobilieconl'ariacheimpediscono almotorediruotareallavelocitàdisincronismo,vincendoquestacoppiameccanica. Gliavvolgimentistatoricisonoingenereinglobatiinresinechegarantisconoun'ottimaprotezione dall'acquaedagliagentiatmosferici.questimotorisonofrequentementealimentatipermezzodi inverterelettronicichepossonovariarnelavelocitàvariandoinmodocoordinatolafrequenzaela 21

23 tensionedialimentazione.l'usodiinverterpermettediazionareilmotoreancheapartiredauna correntecontinua. Gliavvolgimentistatoricitrifasepossonoesserecollegatiastellaoppureatriangolo.Inalcuni grossimotorisipreferisceavviareastellaepoicommutareatriangolo,alfinedilimitarele correntidispunto,quandononsonoutilizzatigliinverter.l'allacciamentoelettricodelmotore asincronotrifasevienerealizzatodinormamedianteseibullonidicollegamento. Esistonomotoriasincronidipotenzausualmenteinferiorea3kWalimentatianchecontensioni monofase.talimotoripossonoesseredotatidiordinariavvolgimentiaduefasi,doveper alimentarelasecondafasesiusailritardoditempointrodottodauncondensatore. Imotoriasincronioperanonormalmentecongliavvolgimentidirotorechiusiincortocircuitomail rotorepuòessereeseguitoincostruzionidifferenti. CollegamentoastellaCollegamentoatriangolo U LN = 3 U W I LN =I W U LN =U W I LN = 3 I W 22

24 Funzionamento Alimentandogliavvolgimentistatoriciconunsistemaditensionetrifasesimmetrico,siproduce,nel traferro,uncampomagneticorotante,connumerodigiri n0=(60*f)/p Dovenèespressainrpm(rotazioniperminuto)edfèespressainHertz.Peresempio,unmotorecontre coppiepolari(6politotali),alimentatoa50hzhaunavelocitàangolaredisincronismodi1000girial minuto. Lespiredell'avvolgimentorotoricosiconcatenanopertantoconunflussovariabileneltempo,generando delletensioniindottecheprovocherannolacircolazionedicorrenti. PerlaleggediLenz,ilversodellacorrenteètaledaopporsiallacausachehageneratolacorrentestessa. Lacorrenteavràunversotaledaprodurredelleforzechemettonoinmovimentoilrotoreconverso concordeaquellodirotazionedelcampomagnetico. Lavelocitàdelrotoreincondizioninominalièsempreminorediun3% 6%;èilfenomenodelloscorrimento (slip)checonsentelaproduzionedellacoppia.dallaformuladelloscorrimentopossoesprimerelavelocità dirotazioneeffettivadelrotore: S=(n0 n)/n0 Dovesrappresentaloscorrimento,n0lavelocitàdisincronismoednlavelocitàeffettiva. Ilvaloreeffettivodelloscorrimentodipendedalcaricoeffettivosulrotore.Ilcaricononèmainulloperché sonosemprepresentiifenomenidiattritotralepartimobilieconl'ariacheimpedisconoalmotoredi ruotareallavelocitàdisincronismo,vincendoquestacoppiameccanica. Lavelocitàdirotazionedelcampomagneticorotantegeneratoalimentandogliavvolgimentidellostatore conunatensionealternatadipendedalnumerodicoppiepolaripresentiedallafrequenzadellatensione dialimentazione. 23

25 Lafrequenzaelatensionedialimentazionesipossonovariareinmodocoordinatomediantel'utilizzodi alimentatoriafrequenzavariabile(inverter). TipidiM.A.T. Ilmotoreasincronotrifasepuòessereconrotoreavvoltochiamatoancheadanelli,oppure conrotoreincortocircuitoopiùcomunementedefinitocomerotoreagabbiadiscoiattolo. Laprincipaledifferenzatraiduetipirisiedenellastrutturadelrotoreepiùprecisamenteperil primotipoilrotoreècostituitodaavvolgimentiveriepropricomequellidellostatore,presenta unastrutturapiùcomplessaedelicata(spazzolechestriscianosulrotore,conpossibile interposizionediresistenzeperilcontrollodellafasediavviamento)connecessitàdi manutenzioneperiodicaedimensionid ingombroelevate,mentreilsecondotipohaunrotore costituitodasbarrechiuseincortocircuito,quindigrazieadunamaggioresemplicitàcostruttivadà origineaduntipodimotoremoltosemplice,robustoedeconomico. Grazieallosviluppodell elettronicadicontrollochepermettelaregolazionedellavelocitàinmodo moltosempliceedefficace,tuttequelleapplicazionichevedevanol impiegodimotoripiù facilmentesoggettiadaverenelpropriocomportamentointrinsecolapossibilitàdiuna regolazionedellavelocità(motoriincorrentecontinuaomotoriadanello)hannolasciatoilposto aimotoriasincroni,inparticolareaquelliagabbiadiscoiattolo. RotoreagabbiadiscoiattoloIlcircuito rotoricoècostituitodabarredialluminiopressofusedirettamentenellecavecollegatetralorodadue anellidialluminio.sitrattaquindidiuncircuitoincuiilnumerodifasièparialnumerodibarreecheèper costruzioneincortocircuito. Questotipodimotoreèanchedettomotoreconrotoreincortocircuitoedèindubbiamenteiltipodi motoreasincronopiùsempliceedaffidabile:nonpresentaspazzoleocontattistriscianti,èadattoatuttigli ambientiedoffreun'ampiagammadipotenzatantodarisultareiltipopiùutilizzatoinassoluto. Purtroppoquestotipodiavvolgimentononpermetteunelevatospuntoinizialeedassorbepercontroun' elevatacorrenteinfasediavviamentochepotrebbeprodurredeibruschiabbassamentiditensione. RotoreavvoltoIlmotorecon rotoreavvoltopresentamaggioridifficoltàcostruttive,magarantisceunmaggiorespuntoinizialeela possibilitàdiregolarelacorrentesiainfasediavviamentochedurantelamarcia. 24