La natura asincrona di questo tipo di motori deriva dal fatto che la velocità di rotazione dei campi magnetici del rotore e dello statore non è la stessa: la velocità del primo è minore di quella del secondo. In ciò sta l’asincronicità: non ruotando alla stessa velocità, i due campi magnetici non sono sincroni.
La maggior parte dei motori asinconi hanno il rotore (ossia l’elemento rotante) configurato a gabbia di scoiattolo, la quale è costituita da barre di rame, alluminio od ottone inserite in scanalature e collegate alle due estremità da anelli metallici che le cortocircuitano elettricamente. Il nucleo è poi costituito da pile di lamierini d’acciaio. Tuttavia esistono soluzioni nelle quali il rotore è costituito da avvolgimenti. Lo scopo di questa configurazione è ridurre la corrente del rotore quando il motore inizia a girare, facendo sì che ciascun avvolgimento sia collegato a una resistenza in serie: una volta che il rotore ha raggiunto la velocità di regime, i poli del rotore vengono commutati in cortocircuito, diventando così elettricamente equivalenti a quelli di una soluzione a gabbia
di scoiattolo.
Lo statore (ossia l’elemento stazionario) è costituito da avvolgimenti che vengono alimentati con la tensione fornita dalla rete elettrica. Questa tensione, essendo alternata, genera flussi di corrente negli avvolgimenti dello statore che inducono un campo magnetico rotante, il quale a sua volta ne genera uno nel rotore. Un polo nord nello statore pertanto induce un polo sud nel rotore. Il polo dello statore ruota e il polo indotto nel rotore tenta di seguirlo. Tuttavia, per la legge di Faraday la forza elettromotrice responsabile del campo magnetico rotorico si genera solo se i suoi conduttori attraversano fussi magnetici variabili, per cui il rotore è sempre in ritardo rispetto al campo magnetico statorico di una percentuale che viene detta scorrimento. L’entità dello scorrimento è commisurata alla coppia resistente che deve essere vinta: tanto questa è maggiore, tanto è maggiore lo scorrimento.
La caratteristica meccanica del motore è rappresentata in figura. Come si può osservare, ha una coppia di spunto C0 e una velocità di sincronismo ω0, in corrispondenza della quale i campi magnetici ruotano alla stessa velocità. Il punto P dato dall’intersezione con la caratteristica meccanica dell’utilizzatore (Cr) è il punto di funzionamento. Si noti anche come il tratto finale della caratteristica sia molto ripido, per cui il motore asincrono in quel tratto può venire assimilato idealmente a un motore a velocità costante.
Caratteristica meccanica del motore asincrono
I motori asincroni trifase sono macchine vantaggiose, tant’è che sono molto diffuse, ma hanno alcuni limiti che le rendono adatte per certi tipi di applicazioni e non per altri. In generale sono utilizzati in sistemi in cui non sia necessario un controllo preciso della coppia e della velocità, come per esempio montacarichi, gru, ascensori, macchine utensili tradizionali, pompe, ventilatori.
I vantaggi legati a questo tipo di motori sono: peso e ingombro ridotti a parità di potenza; funzionamento stabile; sovraccaricabilità anche del 100% della potenza nominale; manutenzione ridotta; semplicità di esercizio; alto rendimento. Gli svantaggi sono invece: problemi alla rete di distribuzione nel caso di inserzione diretta, dato che la corrente di spunto può essere anche dieci volte maggiore della corrente a pieno carico; in aggiunta a questo, la corrente è tanto sfasata rispetto alla tensione che la coppia di spunto è piccola rispetto alla corrente assorbita; la velocità di rotazione è legata alla frequenza della corrente di alimentazione, e pertanto è pressocché costante, come già si è visto.
Carlo Remino
Ricercatore in Meccanica Applicata alle Macchine presso la facoltà di ingegneria dell’Università degli Studi di Brescia. carlo.remino@unibs.it
