I motori elettrici sono un dispositivo elettromeccanico che converte l’energia elettrica in energia meccanica. In base al tipo di ingresso lo abbiamo classificato in motori monofase e trifase.
I tipi più comuni di motori trifase sono i motori sincroni e i motori a induzione. Quando i conduttori elettrici trifase sono posti in certe posizioni geometriche (cioè in un certo angolo l’uno dall’altro) – si genera un campo elettrico. Il campo magnetico rotante ruota ad una certa velocità conosciuta come la velocità sincrona.
Se un elettromagnete è presente in questo campo magnetico rotante, l’elettromagnete è magneticamente bloccato con questo campo magnetico rotante e ruota con la stessa velocità del campo rotante.
E’ da qui che deriva il termine motore sincrono, poiché la velocità del rotore del motore è la stessa del campo magnetico rotante.
E’ un motore a velocità fissa perché ha una sola velocità, che è quella sincrona. Questa velocità è sincronizzata con la frequenza di alimentazione. La velocità sincrona è data da:
dove:
- N= La velocità sincrona (in RPM – cioè Rotazioni al minuto)
- f = La frequenza di alimentazione (in Hz)
- p = Il numero di poli
Costruzione del motore sincrono
In genere, la sua costruzione è quasi simile a quella di un motore a induzione trifase, tranne il fatto che qui si fornisce corrente continua al rotore, la cui ragione spiegheremo più avanti. Ora, esaminiamo prima la costruzione di base di questo tipo di motore. Dall’immagine sopra, è chiaro che come progettiamo questo tipo di macchina. Applichiamo un’alimentazione trifase allo statore e un’alimentazione in corrente continua al rotore.
Caratteristiche principali dei motori sincroni
- I motori sincroni non sono intrinsecamente autoavvianti. Richiedono alcuni mezzi esterni per portare la loro velocità vicino alla velocità sincrona prima di essere sincronizzati.
- La velocità di funzionamento di è in sincronismo con la frequenza di alimentazione e quindi per la frequenza di alimentazione costante si comportano come motore a velocità costante indipendentemente dalla condizione di carico
- Questo motore ha le caratteristiche uniche di operare sotto qualsiasi fattore di potenza elettrica. Questo lo rende utilizzato nel miglioramento del fattore di potenza elettrica.
Principio di funzionamento Motore sincrono
I motori sincroni sono una macchina doppiamente eccitata, cioè, due ingressi elettrici sono forniti ad essa. Il suo avvolgimento statorico che consiste in un We fornisce un’alimentazione trifase all’avvolgimento statorico trifase, e DC all’avvolgimento rotorico.
L’avvolgimento statorico trifase che porta 3 correnti di fase produce un flusso magnetico rotante trifase. Il rotore che trasporta l’alimentazione DC produce anche un flusso costante. Considerando la frequenza di alimentazione di 50 Hz, dalla relazione di cui sopra possiamo vedere che il flusso rotante trifase ruota circa 3000 giri in 1 minuto o 50 giri in 1 secondo.
In un particolare istante i poli del rotore e dello statore potrebbero essere della stessa polarità (N-N o S-S) causando una forza repulsiva sul rotore e l’istante successivo sarà N-S causando una forza attraente. Ma a causa dell’inerzia del rotore, non è in grado di ruotare in nessuna direzione a causa di queste forze attrattive o repulsive, e il rotore rimane in condizione di fermo. Quindi un motore sincrono non è autoavviante.
Qui usiamo dei mezzi meccanici che inizialmente fanno ruotare il rotore nella stessa direzione del campo magnetico a una velocità molto vicina a quella sincrona. Una volta raggiunta la velocità sincrona, si verifica un bloccaggio magnetico, e il motore sincrono continua a ruotare anche dopo la rimozione dei mezzi meccanici esterni.
Ma a causa dell’inerzia del rotore, esso non è in grado di ruotare in qualsiasi direzione a causa delle forze attrattive o repulsive, e il rotore rimane in stato di fermo. Quindi un motore sincrono non è autoavviante.
Qui usiamo dei mezzi meccanici che inizialmente fanno ruotare il rotore nella stessa direzione del campo magnetico a una velocità molto vicina a quella sincrona. Una volta raggiunta la velocità sincrona, si verifica il bloccaggio magnetico, e il motore sincrono continua a ruotare anche dopo la rimozione del mezzo meccanico esterno.
Metodi di avviamento del motore sincrono
- Avviamento del motore con un motore principale esterno: I motori sincroni sono accoppiati meccanicamente con un altro motore. Può essere sia un motore a induzione trifase che un motore in derivazione DC. Qui, non applichiamo inizialmente l’eccitazione DC. Ruota a una velocità molto vicina alla sua velocità sincrona, e poi diamo l’eccitazione DC. Dopo un po’ di tempo, quando il bloccaggio magnetico ha luogo, l’alimentazione al motore esterno viene interrotta.
- Avvolgimento smorzante In questo caso, il motore sincrono è del tipo a poli salienti, l’avvolgimento aggiuntivo è posto nella faccia del polo del rotore. Inizialmente, quando il rotore non è in rotazione, la velocità relativa tra l’avvolgimento smorzatore e il flusso rotante del traferro è grande e in esso viene indotta un’emf che produce la coppia di avviamento richiesta. Man mano che la velocità si avvicina alla velocità sincrona, l’emf e la coppia si riducono e infine quando avviene il blocco magnetico, anche la coppia si riduce a zero. Quindi in questo caso il motore sincrono funziona prima come un motore a induzione trifase usando un avvolgimento supplementare e infine viene sincronizzato con la frequenza.
Applicazione dei motori sincroni
- Il motore sincrono senza carico collegato al suo albero viene usato per migliorare il fattore di potenza. Grazie alle sue caratteristiche di comportarsi a qualsiasi fattore di potenza elettrica, è usato nella rete elettrica in situazioni in cui i condensatori statici sono costosi.
- Il motore sincrono trova applicazione dove la velocità di funzionamento è minore (circa 500 rpm) ed è richiesta un’alta potenza. Per il requisito di potenza da 35 kW a 2500 KW, la dimensione, il peso e il costo del corrispondente motore a induzione trifase è molto alto. Quindi questi motori sono usati di preferenza. Ex- Pompa a pistoni, compressore, laminatoi ecc.