MOTORE ASINCRONO. Rotore ROTORE 2 - avvolto - a gabbia di scoiattolo

Transcript

1 MOTORE ASINCRONO STATORE: pacco magnetico 1 laminato secondo piani ortogonali all asse Rotore ROTORE - avvolto - a gabbia di scoiattolo Statore Avvolgimento rotorico (avvolgimento trifase con uguale numero di poli dello statore ogni fase è in corto circuito) A l i t t t i li t t d Avvolgimento statorico alimentato da una terna simmetrica di tensioni e quindi percorso da un sistema equilibrato di correnti

2 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL MOTORE ASINCRONO - Avvolgimenti statorici alimentati da terna simmetrica di tensioni Rotore - Campo magnetico rotante di statore Statore - f.e.m.i. sull avvolgimento di rotore - correnti indotte sull avvolgimento di rotore - azione elettromeccanica tra induzione magnetica al traferro e correnti rotoriche - Coppia sul rotore che inizia a ruotare a velocità ω r

3 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL MOTORE ASINCRONO Il rotore insegue il campo magnetico rotante al traferro Rotore Statore SCORRIMENTO: ω r < ω s oppure ω < ω 1 ω s ω 1 /p velocità del campo magnetico rotante ω ω r velocità di rotazione del rotore s ω s - ω s s 4-6% Valori normali di scorrimento per funzionamento a potenza nominale ω r

4 FUNZIONAMENTO A VUOTO DEL MOTORE ASINCRONO Rotore fermo - Avvolgimenti istatorici ialimentati ida terna simmetrica i di tensioni i - Campo magnetico rotante di statore ω B( ϑ, t) k sin p ϑ 1 t p ω 1 ω s ω/p velocità del campo magnetico rotante - femi f.e.m.i. negli avvolgimenti statorici - f.e.m.i. negli avvolgimenti rotorici f frequenza di rete Φ max E E s r k Il motore asincrono a rotore bloccato si comporta come un trasformatore trifase k s r N N s r f f 1 1 Φ Φ max max valore massimo del flusso concatenatoo con i due circuiti E m s E r k k s r N N s r

5 FUNZIONAMENTO DEL MOTORE ASINCRONO CON ROTORE IN MOVIMENTO Quando il rotore ruota alla velocità ω r, il campo magnetico al traferro da un riferimento solidale al rotore si vede ruotare ad una velocità pari a (sω/p). Pertanto le f.e.m.i. negli avvolgimenti rotorici e quindi le correnti rotoriche avranno pulsazione (sω /p). ω pulsazione delle tensioni e correnti statoriche ( f 1 ) sω/p pulsazione delle tensioni e correnti rotoriche ( f ) - f.e.m.i. negli avvolgimenti statorici E1 k1n1 f1 Φ max - f.e.m.i. negli avvolgimenti rotorici E k N f Φ s max s E NOTA: Se s 4-6% f -3 Hz

6 La reattanza di dispersione rotorica risente a sua volta della variazione di X s sx frequenza ed assume il valore: Circuito equivalente E se E Is R X R sx R s s + s + ( ) + X Circuito rotorico dotato di R costante e X s variabile con lo scorrimento Circuito rotorico dotato di R variabile ibil con lo scorrimento e X costante

7 Diverse rappresentazioni del circuito relativo ad una fase di rotore R s R R R + R s s 1- s R + R s R + Termine costante R e (s) Termine variabile con lo scorrimento Rotore fermo s1 R e 0 Rotore verso il sincronismo s->0 R e -> G d i f i li Grandezze isofrequenziali allo statore

8 CIRCUITO EQUIVALENTE DEL DEL MOTORE ASINCRONO CON ROTORE IN MOVIMENTO

9 BILANCIO DELLE POTENZE P Cu1 potenza dissipata per P Cu potenza dissipata per effetto Joule nello statore effetto Joule nel rotore P 1 Potenza elettrica ltti fornita dalla rete P t di i t P Fe1 potenza dissipata Isteresi e correnti parassite nel circuito magnetico statorico P m potenza meccanica resa disponibile all albero Potenza Sincrona: Potenza trasferita per via P s P Cu +P m elettromagnetica dallo statore al rotore

10 BILANCIO DELLE POTENZE P 1 P s P P Cu1 P m Cu P Fe1 η RENDIMENTO P + P 1 P 1 utilizzata P1 (PCu1 + PFe1 PCu )

11 COPPIA E CARATTERISTICA MECCANICA La potenza meccanica è funzione della coppia C e della velocità angolare del rotore ω r : P m C ω r 1 3 s s R I s I s E R + X s Dopo alcune manipolazioni si ottiene: C R V1 1 s (R /s) + X k f

12 CARATTERISTICA MECCANICA: andamento della coppia in funzione dello scorrimento C R V1 1 s (R /s) + X k f C C Coppia allo spunto s s s s Sincronismo Avviamento La coppia risulta massima quando la quantità a denominatore è minima, ovvero quando: s* R X V 1 k C max Coppia massima f1 X

13 CARATTERISTICA MECCANICA: andamento della coppia in funzione dello scorrimento Tratto OA: tratto stabile C s Tratto AB: tratto instabile Se la coppia resistente C r applicata all albero è minore della coppia allo spunto (avviamento) la macchina è in grado di avviarsi: i l esuberanza della coppia motrice determina un progressivo aumento della velocità di rotazione del rotore. Il punto di lavoro si va spostando verso valori decrescenti dello scorrimento, assestandosi nel tratto OA, nel punto per cui si verifica C C r (vedere commenti sulla caratteristica meccanica riportati sul Fabbricatore pag )

14 CARATTERISTICA MECCANICA: problemi legati all avviamento avviamento Problemi all avviamento: 1. la coppia disponibile allo spunto (s1) è minore di quella massima e di quella nominale (coppia massima relativa al funzionamento continuativo. C R V1 1 s (R /s) + X k f. Le correnti rotoriche allo spunto hanno un valore di gran lunga superiore a quello nominale I s E Iavv I s( s 1) >> In R R + X + X s Maggiori cadute di tensione nel sistema di alimentazione Maggiori cadute di tensione nel sistema di alimentazione Maggiori perdite per effetto Joule all interno del motore E

15 CARATTERISTICA MECCANICA: problemi legati all avviamento avviamento Variazione della caratteristica di coppia in funzione della tensione di alimentazione C R V1 1 s (R /s) + X k f + C è proporzionale al quadrato della tensione

16 CARATTERISTICA MECCANICA: reostato di avviamento Variazione della caratteristica di coppia in funzione della resistenza addizionale R a C V1 1 a + k R f s (R /s+r ) X Coppia massima: C max k f 1 V X 1 s* R + R X a C s aumenta I avv E + a + (R R ) X R a I avv diminuiscei i

17 Esempi di cave di statore motore di piccola potenza motore da 1, MW, 6 kv 17

18 Esempio di avvolgimento di statore Avvolgimento di statore avvolto, embricato, bi 4 poli, 3 cave per polo e per fase statore di motore da 6 MW, 6 kv avvolgimento embricato, 4 poli

19 Esempio di avvolgimento di statore Avvolgimento di statore avvolto, ondulato, 4 poli, tre cave per poli e per fase avvolgimento ondulato, 6 kv, 4 poli, 6 cave per polo e per fase

20 Statore di un motore di potenza - 1, MW - 6 kv con avvolgimento ondulato connessioni di testata cave di statore conduttori attivi L D

21 Statore di una macchina di piccola potenza con avvolgimento a matasse matasse isolamento verso massa della matassa

22 Rotore avvolto di un motore di potenza - 1, MW - 6 kv canali di raffreddamento L cave di rotore

23 Rotore a gabbia di scoiattolo conduttori attivi alette di raffreddamento Rotore a gabbia in alluminio pressofuso anelli di corto circuito Avvolgimento di rotore a gabbia in motori idi piccola potenza Si realizza mediante pressso-fusione di alluminio entro le cave. Le stremità delle sbarre vengono poi collegate sui due fronti per mezzo di due anelli di alluminio 3

24 Motore asincrono con rotore a doppia gabbia statore Permette di conseguire allo spunto : aumento della coppia C s riduzione della corrente h rotore gabbia esterna R e ; X e E costituito da due gabbie concentriche: gabbia esterna (b (sbarre di piccola sezione con alta resistenza R e e bassa reattanza di dispersione X e e) gabbia interna o gabbia primaria gabbia interna (sbarre di sezione maggiore con R i ; X i minore resistenza R i ed elevata reattanza di dispersione X i ) X i R >> R >> Xe e i 4

25 Motore asincrono con rotore a doppia gabbia statore Il flusso concatenato conlagabbiaesterna investe anche il traferro (μ ridotta) h rotore gabbia esterna R e ; X e Il flusso concatenato con la gabbia interna investe il traferro solo parzialmente (μ elevata) L μ L i >> L e gabbia interna R i ; X i X i >> X e

26 Motore asincrono con rotore a doppia gabbia All avviamento (s1) statore X i >> Xe Re >> Ri h rotore gabbia esterna R e ; X e Z e R e +j X e gabbia interna R i ; X i Z i R i +j X i le reattanze predominano sulle resistenze, per cui avremo Z s <Z i poiché ihé le f.e.m. indotte nelle due gabbie sono circa uguali, le correnti nelle sbarre esterne risultano maggiori di quelle che interessano le sbarre interne. la gabbia esterna avendo bassa reattanza ed elevata resistenza e quindi si hanno condizioni favorevoli di avviamento (alta C s e basse I avv ).

27 Motore asincrono con rotore a doppia gabbia Scorrimento nominale (s n 0) statore X i >> Xe Re >> Ri h rotore gabbia esterna R e ; X e Z e R e +j X e gabbia interna R i ; X i Z i R i +j X i le resistenze it predominano sulle reattanze, per cui avremo Z s >Z i lecorrenti nelle sbarre interne risultano maggiori di quelle che interessano le sbarre esterne. la gabbia interna avendo bassa resistenza permette di garantire elevato rendimento.

28 Motore asincrono con rotore a doppia gabbia Caratteristica i meccanica