Cos'è un motore elettrico trifase? Come funziona, si avvia e viene dimensionato

Cos'è un motore elettrico trifase, in parole povere

Un motore elettrico trifase è una macchina rotante che converte l'energia elettrica trifase in energia meccanica utilizzando tre avvolgimenti statorici e un rotore indotto o bloccato magneticamente. Niente di esterno mette in sequenza quegli avvolgimenti. L'offerta stessa produce la rotazione.

Su un sistema a 50 Hz ciascuna fase raggiunge il suo picco positivo 6,67 millisecondi dopo quella precedente. I tre campi si combinano in un unico campo magnetico che spazia attorno al foro dello statore a velocità sincrona, calcolata come 120 volte la frequenza di alimentazione divisa per il numero di poli. La frequenza e il numero di poli impostano quella velocità, non le dimensioni del motore e non il carico.

Il numero di poli modifica anche le dimensioni del telaio e la coppia per ampere. Un motore a 8 poli della stessa potenza produce più coppia a velocità inferiori, quindi è più grande, più pesante e più costoso di un'unità a 4 poli di pari potenza. Questo compromesso guida la maggior parte delle decisioni di selezione molto prima che la classe di efficienza entri in discussione.

Come il campo rotante fa girare il rotore: tipi di scorrimento, coppia e rotore

Il rotore gira perché il campo rotante dello statore induce corrente nei conduttori del rotore e la forza tra quella corrente e il campo produce coppia. Il rotore non riesce mai a prendere il campo e la differenza di velocità tra i due è chiamata slittamento.

Lo scorrimento è espresso come percentuale della velocità sincrona. Un motore a 4 poli a 50 Hz ha una velocità di campo di 1.500 giri al minuto; se funziona a 1.455 giri al minuto sotto carico, lo slittamento è del 3%. I motori industriali standard si collocano tra l'1 e il 5% a pieno carico, con le macchine di grandi dimensioni nella fascia bassa e quelle piccole nella fascia alta. Lo slittamento è anche ciò che rende autoregolante un motore a induzione: aggiungi carico, il rotore rallenta leggermente, più flusso taglia i conduttori del rotore e la coppia aumenta fino a quando i due si bilanciano nuovamente.

Se vuoi che la meccanica sia più approfondita, come un motore a gabbia di scoiattolo crea coppia percorre passo dopo passo i sentieri attuali.

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Leggere la targhetta prima di ordinare una sostituzione

Ogni valore necessario per abbinare un motore sostitutivo è stampigliato sulla targhetta e saltare uno di essi è la ragione più comune per cui un motore tecnicamente corretto smette di funzionare entro pochi mesi.

Quando la targa è illeggibile, tre misurazioni ne sistemano la maggior parte:

• Misurare il diametro dell'albero e la distanza tra i fori di fissaggio per identificare la dimensione del telaio.
• Contare i conduttori di alimentazione, perché un motore trifase ha tre conduttori di linea più terra e nessun condensatore.
• Leggere la corrente con una pinza amperometrica a un carico noto e confrontarla con il valore previsto per quella potenza.

Come si avvia un motore elettrico trifase e cosa trae dalla rete

Avviato direttamente in linea, un motore a induzione trifase assorbe da 6 a 8 volte la corrente a pieno carico fino a raggiungere la velocità. Tale picco, non la corrente corrente, solitamente determina la dimensione del cavo, le impostazioni di protezione e il metodo di avvio.

In condizioni di fermo il rotore si comporta come il secondario di un trasformatore cortocircuitato, per cui la corrente limite di impedenza è molto bassa. All'aumentare della velocità, lo scorrimento diminuisce, la frequenza del rotore diminuisce e la corrente ritorna al valore di targa.

Un convertitore di frequenza riduce la corrente di avviamento a circa il 100-150% della corrente a pieno carico e fornisce la coppia completa a partire dalla velocità zero. Questo compito è più gravoso in termini di isolamento e raffreddamento rispetto a un avviamento a velocità fissa, quindi le applicazioni alimentate da inverter appartengono a un motore costruito appositamente piuttosto che a un telaio standard con un azionamento imbullonato.

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Classi di efficienza: cosa cambiano nella pratica IE3 e IE4

IE3 e IE4 sono livelli di efficienza minima definiti dalla norma IEC 60034-30-1 e il divario tra loro sembra piccolo in termini percentuali finché il motore non funziona per migliaia di ore all'anno.

Per un motore da 7,5 kW, il passaggio da IE3 a IE4 riduce la potenza in ingresso da circa 8,30 kW a circa 8,12 kW, con un risparmio di circa 0,18 kW. Oltre 4.000 ore di funzionamento, ovvero circa 720 kWh all'anno, che normalmente ripagano il sovrapprezzo entro due o quattro anni laddove l'elettricità costa più di 0,10 USD per kWh. Al di sopra di poche centinaia di kilowatt il calcolo cambia carattere, perché l'azionamento passa alla media tensione e i vincoli di progettazione si spostano verso l'isolamento, il raffreddamento e la corrente di avviamento. Proprio per quella banda esistono macchine ad alta tensione delle famiglie Y, YKK, YR e YKS, i cui dati di selezione sono pubblicati nel catalogo motori ad alta tensione .

Dove è adatto un motore elettrico trifase e dove no

I motori trifase coprono quasi tutti i carichi industriali superiori a circa 0,75 kW, e i modelli monofase rimangono comuni solo al di sotto di tale valore o dove non esiste un'alimentazione trifase.

Il lavoro tipico comprende pompe, ventilatori, compressori, trasportatori, miscelatori, frantoi e mandrini di macchine utensili in impianti minerari, metallurgici, cementizi, petroliferi, chimici, energetici, di trattamento delle acque e marini. Nelle aree pericolose lo stesso design trifase deve essere realizzato secondo un concetto di protezione certificato, a prova di fiamma Ex d con percorsi della fiamma controllati o a sicurezza aumentata Ex e con isolamento rinforzato e distanze dei terminali rinforzate. Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd., con sede a Shanghai, produce motori antideflagranti a bassa tensione YBX3 e YBX4 insieme a gamme antideflagranti ad alta tensione per carbone, prodotti petrolchimici e servizi marittimi, con esportazioni in oltre 40 paesi.

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Vale la pena di dichiarare chiaramente i limiti reali della tecnologia:

• Un motore trifase non può funzionare con un'alimentazione monofase senza un convertitore di fase o un convertitore di frequenza classificato per ingresso monofase e in tal caso deve essere declassato.
• La velocità è fissata dalla frequenza e dal numero di poli, a meno che non venga aggiunto un convertitore o un avvolgimento a due velocità.
• Il funzionamento dell'inverter aggiunge stress di tensione all'avvolgimento, quindi un motore standard potrebbe necessitare di un isolamento di livello inverter.

Revisione casi di studio applicativi da settori comparabili è un modo rapido per confermare la dimensione del telaio e il livello di protezione prima che venga emesso un ordine di acquisto.

Domande frequenti sui motori elettrici trifase

Un motore elettrico trifase può funzionare con un'alimentazione monofase?

Non direttamente. Un convertitore di fase statico o rotativo, o un convertitore con ingresso monofase, può farlo funzionare, ma il motore deve essere declassato perché la terza gamba è sintetizzata anziché alimentata. Aspettatevi una potenza utilizzabile di circa il 50-60% della potenza nominale su un convertitore statico e controllate il manuale dell'azionamento prima di ordinare.

Qual è la differenza tra un motore trifase a 2 poli e uno a 4 poli?

Il conteggio dei poli imposta la velocità sincrona: 3.000 giri al minuto a 50 Hz per due poli contro 1.500 giri al minuto per quattro. Un motore a 2 poli della stessa potenza è più piccolo ed economico ma produce meno coppia e gira più velocemente, quindi è adatto a pompe e ventilatori. Il design a 4 poli domina il lavoro industriale generale proprio per questo equilibrio.

Come posso sapere se un motore è trifase?

Guarda i cavi e la targhetta. Un motore trifase ha tre conduttori di linea più terra e nessun condensatore, mentre un motore monofase è dotato di un condensatore e di un avvolgimento di avviamento o di marcia. Anche l'ingresso della tensione di solito risolve il problema, poiché una classificazione industriale trifase indica 400 V o 690 V anziché 230 V.

Cosa significa slittamento su un motore elettrico trifase?

Lo scorrimento è la differenza tra la velocità sincrona e la velocità effettiva del rotore, espressa come percentuale della velocità sincrona. Un motore a 4 poli che funziona a 1.450 giri al minuto con un'alimentazione a 50 Hz ha uno scorrimento di circa il 3,3% a pieno carico. Un aumento improvviso ben al di sopra del 5% di solito indica un sovraccarico, un cuscinetto difettoso o un problema di avvolgimento.