I motori sincroni sono così chiamati perché hanno il rotore che ruota alla stessa velocità del campo magnetico statorico (velocità di sincronismo), e pertanto non hanno lo scorrimento tipico dei motori asincroni. Un esempio di motore sincrono è il motore passo-passo, ampiamente utilizzato in applicazioni che prevedono il controllo di posizione.
Esistono fondamentalmente due tipi di motori sincroni:
- autoeccitati, in cui si sfruttano fenomeni elettromagnetici simili a quelli dei motori asincroni;
- direttamente eccitati, che sono in genere dotati di magneti permanenti.
Il motore sincrono autoeccitato, chiamato anche motore a riluttanza commutata, è costituito da un rotore in acciaio fuso dotato sulla periferia di tacche o denti, chiamati poli salienti. Il motore sincrono a eccitazione diretta invece ha varie denominazioni, ma quella più semplice è motore a magneti permanenti senza spazzole, poiché sul rotore sono montati un certo numero di magneti permanenti.
In entrambi i tipi il rotore deve avere un numero di poli magnetici uguale o multiplo intero dei poli magnetici dello statore, i cui avvolgimenti vengono commutati da interruttori allo stato solido comandati in modo sequenziale. L’alimentazione applicata agli avvolgimenti dello statore genera un intenso flusso magnetico che scorre perpendicolarmente al traferro, ossia allo spazio che separa il rotore dallo statore. Tuttavia se i poli salienti del rotore sono perfettamente allineati con quelli dello statore, non si produce coppia, mentre se sono sfasati parte del flusso non è più perpendicolare alle superfici dei denti e di conseguenza genera una coppia nel rotore. In base alla sequenza di commutazione degli avvolgimenti statorici la rotazione potrà essere oraria o antioraria.
Struttura di un motore passo-passo – PH Wikipedia
Una caratteristica poco gradita del motore sincrono è che non riesce ad avviarsi immediatamente alla velocità di sincronismo a causa dell’inerzia, per cui è necessario un ulteriore avvolgimento che fornisca la coppia di spunto richiesta all’avviamento. La velocità di sincronismo è univocamente determinata dalla frequenza d’alimentazione e dal numero di poli dello statore, come nel motore asincrono, ma a differenza di questi la velocità del rotore non varia con il carico perché non vi è scorrimento. La velocità tuttavia può essere variata agendo sulla frequenza d’alimentazione.
Dato il loro principio di funzionamento, i motori sincroni si differenziano da quelli asincroni per caratteristiche che li rendono preferibili in certe applicazioni e non in altre. In via del tutto generale i motori sincroni vantano una maggiore efficienza e precisione di funzionamento, nonché la capacità di operare a basse velocità, sebbene con un costo e una complessità maggiori rispetto ai motori asincroni.
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
