Macchina Asincrona: introduzione e principio.
La macchina asincrona trova impiego principalmente come motore e quasi mai come
generatore. Nel seguito ci riferiremo alla macchina asincrona solo riguardo al suo
funzionamento da motore.
La macchina asincrona rappresenta il motore elettrico più diffuso grazie alla
semplicità di costruzione, alla solidità e al basso costo.
Ad inventarlo fu Galileo Ferraris in seguito alla sua scoperta del campo magnetico
rotante (1887).
L’apparecchio che fu costruito dal
Ferraris
era
costituito
da
due
avvolgimenti fissi disposti a 90° fra loro e
alimentati da due correnti sinusoidali di
uguali frequenza e ampiezza ma sfasate
elettricamente di 90°. All’interno dei due
avvolgimenti era disposto un cilindro di
rame libero di ruotare intorno al proprio
asse. Le correnti negli avvolgimenti
generano un campo magnetico rotante di
intensità costante che trascina nel moto,
per induzione, il cilindro di rame.
Statore e campo magnetico rotante trifase (1 coppia polare).
Ogni periodo della corrente corrisponde ad un giro completo del campo magnetico
rotante.
Statore e campo magnetico rotante trifase (2 coppie polari).
In ogni periodo della corrente il campo magnetico rotante compie mezzo giro.
Velocità del campo magnetico rotante trifase.
Abbiamo visto che la velocità del campo magnetico rotante dipende, oltre che dalla
frequenza di alimentazione anche dal numero di coppie polari dello statore. In
particolare per una coppia polare il campo magnetico rotante ruota alla stessa velocità
delle grandezze elettriche quindi compirà f giri al secondo. Se le coppie polari sono
due abbiamo visto dimezzarsi la velocità di rotazione che, in questo caso, sarà pari a
f/2 giri al secondo. Con lo stesso procedimento si può dimostrare che per un numero
generico p di coppie polari il campo magnetico rotante girerà ad una velocità pari a:
f
n=
p
giri al secondo.
Nelle macchine elettriche quello che interessa è la velocità di rotazione in giri al
minuto. Si può così esprimere in forma più generale
n = 60
f
p
giri al minuto.
Alimentazione del campo magnetico rotante.
Il verso del campo magnetico rotante è
dato dall’ordine in cui i tre avvolgimenti
sono
connessi
alle
fasi
dell’alimentazione. Per invertire il verso
di rotazione è sufficiente scambiare due
delle tre fasi.
Per quanto riguarda la tensione di
alimentazione solitamente nei motori è
inclusa una morsettiera che consente il
collegamento della linea esterna agli
avvolgimenti secondo una configurazione
rispettivamente a stella o a triangolo me
mostrato in figura.
Rotore.
Nella macchina asincrona il rotore può essere realizzato in due modi. Il primo modo è
quello del cosiddetto rotore a gabbia di scoiattolo ed è il rotore più semplice e più
vicino a quello della macchina di Galileo Ferraris. Esso è realizzato prendendo due
anelli metallici e congiungendoli con delle sbarre di materiale conduttore come
mostrato in figura.
Si intuisce che con questo tipo di rotore non è possibile esercitare alcuna influenza sul
circuito di indotto.
Si può ricorrere all’altro tipo di rotore che è quello avvolto; non è molto diffuso ed
implica, oltre a complicazioni costruttive, un costo superiore della macchina e
l’introduzione delle spazzole.
