motore asincrono – spiegazione per studenti scuole superiori

MOTORE  ASINCRONO TRIFASE  DESCRIZIONE

 

Il motore asincrono trifase  è un motore elettrico in corrente alternata molto utilizzato nelle industrie , per la costruzione di  macchinari di vario tipo come montacarichi, gru, ascensori, macchine utensili tradizionali, pompe, ventilatori, ascensori .Questi tipi di motori sono   costituiti da una parte fissa denominata  STATORE ed una parte   ed una interna, coassiale, munita di albero, sostenuto da due supporti, libera di ruotare intorno all’asse della macchina, detta ROTORE, nel parte fissa sono collocati  degli  avvolgimenti  trifase  con filo di rame smaltato, disposti sempre  in coppie polari .    Questo significa che un motore  trifase ad una  coppia polare , avrà all’ interno  3 avvolgimenti principali ,  disposti  a 2 coppie di poli  per ogni fase   cioè  su ogni fase  ci sarà una parte dell’avvolgimento su un polo denominato nord (polo positivo  ed una altra parte di  avvolgimento su un altro polo opposto denominato polo sud (polo negativo). in pratica l’ avvolgimento   comincia dal polo positivo e poi prosegue nel polo opposto negativo. Ad esempio  se sul  polo positivo  ci sono ad esempio 100 spire,  ci saranno 100  spire anche  sul polo negativo   Nella  foto sotto viene rappresentato lo schema  e disposizione degli avvolgimenti :  in blu gli avvolgimenti  della fase 1; in verde gli avvolgimenti della fase 2; in viola gli avvolgimenti della fase 3  .     

Nell’ esempio sopra gli avvolgimenti sono ad disposti ad una coppia  di poli, ma in alternativa   potrebbero essere disposti anche  a due coppie di poli, a tre coppie o a 4 coppie di poli nell’ esempio sotto , viene indicato   con la lettera  A  l’ esempio di un motore ad una coppia di poli e con la lettera B l’ esempio di un motore a due coppie di poli     

E’ importante conoscere la  quantità delle coppie   dei poli di un motore , perché questo determina la velocita di rotazione di un motore , la velocità di un motore espressa in giri al minuto  è data dalla  relazione della  frequenza  di alimentazione e il numero di coppie polari  il tutto con la seguente  formula : 

Essendo, sia in Italia e in buona parte dei paesi europei  la frequenza f costante  pari a 50 Hz, il numero di giri al minuto n0  potranno  assumere solamente certi valori che ho riportato nella tabella seguente. 

numero di coppie polari  giri al minuto 
 1 3000
 2 1500
 3 1000
4750
5600

tutti i motori elettrici TRIFASE , indifferentemente dal numero dei poli , presentano sempre una morsettiera di collegamento con sei terminali   con delle viti e relativi dadi   tra questi viti e dadi si trovano delle lamelle piatte che permettono di fare due tipi di collegamento  denominati a stella o a triangolo .     

Nella foto sopra  le lettere U,V, W rappresentano  i tre avvolgimenti  , mentre le lettere R, S, T ,  rappresentano i tre fili della linea di alimentazione

la  differenza principale tra i due collegamenti è che se entrambi vengono alimentati con la stessa tensione  trifase , avremmo  che nel collegamento a stella,  la  tensione  risulta inferiore ai capi di ogni avvolgimento rispetto alla  collegamento a triangolo

Infatti  con il collegamento a stella , l’ alimentazine  di ogni fase viene collegata ad un solo morsetto di ogni avvolgimento,   lasciando cosi il secondo morsetto  di ogni avvolgimento , collegato insieme a tutti “secondi morsetti ” creando un punto comune del  centro stella  

Nel collegamento a triangolo invece ogni  avvolgimento  viene collegato direttamente alla tensione 

A parità di tensione di alimentazione , con un motore in funzionamento  a  STELLA la corrente di assorbimento è minore  rispetto al collegamento a TRIANGOLO  , cosi è minore anche la forza applicata sull’ albero di rotazione 

Nei grossi motori (specialmente quando all’ albero di rotazione  viene collegato un carico forte , si viene a creare un’ inerzia durante l’ accensione del motore , cioè quando il motore da fermo deve raggiungere la velocita nominale di funzionamento) , questa inerzia provoca  quindi durante l’ avviamento  del motore,  un assorbimento di  corrente alta   rispetto a quella del normale funzionamento detta anche CORRENTE DI SPUNTO  . quindi è necessario avviare applicando una tensione minore che si ottiene con il collegamento a STELLA  in modo da ridurne la tensione su ogni avvolgimento . 

Una volta avviato il motore potrebbe essere utilizzato alla sua tensione nominale  che si ottiene con il collegamento a TRIANGOLO  

Per questo  motivo  nei grossi motori si rendo necessario fare un AVVIAMENTO STELLA TRIANGOLO,  attraverso un interruttore  che lo si collega con tutti i sei morsetti  del motore , dopo aver tolto tutti i ponticelli presenti nella morsettiera  . 

ruotando  la manopola da O a Y , il motore si accenderà con collegamento a STELLA ,  e solo quando si sentirà che il motore avra preso la sua normale velocità , si potrà commutare l’ interruttore a triangolo 

E’ importante che la commutazione tra stella e triangolo , sia fatta al momento giusto  cioè quando si sente che il motore prende la giusta velocita ,  e la corrente di spunto sia diminuita, questo avviene  indicativamente  tra i 5- 8 secondi . ( dipende comunque dal tipo di motore e da chetipo di carico vi è collegato 

Se si commuta brevemente con  tempi troppo corti il motore   potrebbe riscaldarsi attraverso la corrente iniziale di spunto

alcune volte in alcuni macchinari al posto dell’ interruttore STELLA – TRIANGOLO  si trovano dei teleruttori  comandati da un timer o un PLC , che utilizzano sempre un tempo fisso di commutazione tra lo stella e il triangolo.  Lo schema  rappresentativo  dell’ accensione STELLA  TRIANGOLO è il seguente 

Nello schema si avra  un interrutore generale Q1, un teleruttore K1 di lienea  che si commuterà ogni volta che si vuole utilizzare il motore, un teleruttore K2 che si commuterà  solo durante il funzionamento  a triangolo e K3 che si commuterà all’ inizio durante l’ accensione quando il motore funzionerà a stella  

Lo schema di comando sarà il seguente :

il pulsante S1 è un pulsante normalmente chiuso ,  di arresto, il pulsante S2  di marcia una volta premuto manderà corrente alla bobina K1 , e tramite un aconytatto di auto ritenuta , la bobina K1 rimmarrà attivata . allo stesso momento verrà alimentato il TIMER T1  la bobina k3 , il tutto attraverso  i contatti normalmente chiusi K2 e T1 , quindi in questa fase iniziale il MOTORE FUNZIONERA’ A STELLA.

trascorso il tempo T del temporizzatore si aprirà il circuito del K3 e si  chiuderà il circuito del K2 e il motore FUNZIONERA’ A TRIANGOLO 

Nello schema ho inserito anche due spie H1 e H2  che indicheranno quando il motore funziona a STELLA o A TRIANGOLO

In commercio esistono    motori con due tipi di voltaggio di alimentazione: stella triangolo da scegliere attentamente per evitare di bruciare il motore

 

  1. motori 230- 400 v  Questi motori possono funzionare  solo con la 380  volt con collegamento a  STELLA,  e a 220 volt a TRIANGOLO ,  questo tipo di motore non viene utilizzato per l’ avviamento stella triangolo , ma solo con alimentazioni fisse. potrebbe essere utilizzato con convertitori di frequenza ( inverter ) monofasi  a 220  con uscita 220 trifase  ( spiegati  piu avanti)
  2. motori 380- 660 v Questi motori possono funzionare   con la 380  volt  sia  collegamento a  STELLA,  e a TRIANGOLO  ,  questo tipo di motore  viene utilizzato per l’ avviamento stella triangolo , e può  essere ugualmente utilizzato con convertitori di frequenza ( inverter ) trifasi  a 380 v  con uscita 380 trifase  ( spiegati  piu avanti)

QUANDO SI COLLEGA un motore elettrico , SI PUO  DECIDERE ANCHE IL SENSO DI ROTAZIONE , invertendo  tra loro due  dei tre fili tra loro si può far girare il motore in senso ORARIO  o in senso ANTIORARIO . sono disponibili in commercio degli interruttori che permettono di effettuare l’ inversione di rotazione di un motore  

INVERTER O CONVERTITORI DI FREQUENZA

Sebbene il numero dei poli sia un elemento fondamentale , per avere  velocita diverse in un motore,  e  possibile variare la velocita di un motore elettrico attarveso dei convertitori di frequenza chiamati anche INVERTER  gli inverter  hanno la caratteristica principale  di variare la frequenza di alimentazione  riducendola o anche aumentandola .  Gli inverter , possono essere comandati da pulsanti oppure da PLC, con inverter oltre a regolare la velocita è possibile  cambiare alcuni parametri fondamentali per l’ avviamento di un motore  come il tempo di accelerazione e il tempo di decelerazione ,    

PIANIFICAZIONE DI UN INTERVENTO DI SOSTITUZIONE DI UN MOTORE ELETTRICO

Ho ipotizzato un intervento presso una azienda FALEGNAMERIA  che possiede diversi macchinari con motori elettrici .  Nella maggior  parte delle volte  quando un azienda chiama . ti dicono  che hanno un macchinario  fermo  che il motore  non gira ,  hanno bisogno di un tecnico che faccia la diagnosi e dica qual” e il problema ,  con la speranza che sia un piccolo problema  . Cosi   recandomi   preso l’ azienda per verificare quale fosse il problema  ho visionato   la macchina  dove era presente un interruttore stella triangolo e un motore collegato ad una sega.

E stata aperta la mosettiera  del motore  , ho notato che da essa partivano 6 fili verso l’ interruttore ;  con dei piccoli morsetti a coccodrillo, facendo la massima attenzione  che tutti i mie collegamenti fossero in sicurezza ,   ho collegato in tester  in volt   e ho verificato girando l’ interuutore sulla posizione stella ,   che sulla morsettiera era presente  una tensione   di  circa 400  volt tra i morsetti  di linea  U1; V1; W1  e gli altri 3 morsetti  erano a cortocircuito tra loro.  

Posizionando l’ interruttore a triangolo  ho verificato  che fosse una tenione  presente tra  U1 e U2 ; tra V1 e  V2, tra W1 e W2  ho verificato che la tensione  fosse la stessa  di circa 400 volt 

Ora posizionando l’ interruttore a O   (cioè a macchina spenta)  ho notato che  l’avvolgimento U1 e U2  e l’avvolgimento V1 e V2 misuravano pochi ohm ciascuno  mentre la resistenza a  capo    dell’ avvolgimento W1 . W2 aveva resistenza infinita 

 

RISULTATO DELLA DIAGNOSI  PER LA RICERCA DEL GUASTO

 

  • visto che le tensioni arrivavano correttamente su tutti i morsetti
  • visto che solo due avvolgimenti presentavano una resistenza di pochi ohm e un avvolgimento aveva resistenza infinita

ho  dedotto  che il motore era bruciato ,  e cosi avvisando il titolare   sono stato inaricato di formulare un preventivo

ELABORAZIONE DI UN PREVENTIVO

Per effettuare  il preventivo ho  fatto un ulteriore sopraluogo  per verificare esattamente le caratteristiche del motore  rotto ,  mi sono munito di un foglio , una penna , un  calibro, e la macchina fotografica . Munito di tutto il materiale  ho individuato cosi alcuni dati importanti necessari: tra  cui  la potenza,  il numero dei giri , la tensione di alimentazione , il numero dei poli , ho controllato il diametro dell’ albero di uscita , dove è collegata una puleggia  e ho fatto alcune foto del motore in modo da individuare esattamente il modello per chiedere  cosi a qualche fornitore di motori elettrici il prezzo

Un esempio  di targa  del motore  fotografata è la seguente

Dalla targa rilevo che  il motore è un 7,50  Kw  ( è una taglia medio  grossa ) , 2880 giri  ( considerando 3000 giri teorici  questo motore è un due poli) tensione di alimentazione 400 volt a triangolo  e 700  volt a stella 

Ho fatto anche l’ elenco delle attrezzature che mi servono  , per fare la sostituzione ( normali attrezzi che comunque dispongo come    set di cacciaviti elettrici , set di chiavi a tubo , chiavi fisse , pinze    per connettori tester , pinza amperometrica ecc)  . Il titolare dell’ azienda , mi ha detto che  nel preventivo devo calcolare solo la mano d’ opera  di una persona , perché mi rende disponibile un suo dipendente  che mi aiuterà per lo smontaggio e rimontaggio del motore elettrico della macchina, mentre per il collegamento elettrico lo dovrò svolgere in autonomia. Il titolare dell’ azienda mi hai assicurato  che nella sua azienda ci sono molti attrezzi e quindi potrò usare i suoi

 

Dopo  varie ricerche  di vari fornitori    ho trovato un fornitore   che ha un motore  compatibile a quello bruciato ,  al prezzo a me riservato  di 280,00 euro + iva , , per formulare il preventivo, ipotizzando che questo sia per me un nuovo cliente , e quindi  cerco di fare un buon prezzo ,  calcolo un ricarico netto sul prodotto del 30 %   calcolando così 364,00 euro  come prezzo di vendita.

per la sua sostituzione  considerando che , il titolare dell’ azienda di offre un suo dipendente come aiuto , ipotizzo una mezza giornata di lavoro pari a 4 ore

cosi calcolo come prezzo di vendita  la mia  mano d’opera a 30,00 euro + iva  orari per un totale di 120 euro di mano’ d’ opera, per semplicità indicherò nel preventivo un importo a corpo  senza indicare la quantità delle ore

il prezzo del preventivo  che presenterò è di 364 euro  + 120 euro = 484 euro + iva   

nel preventivo , ovviamente non considero  il tempo per visionare il lavoro e altri costi fissi ipotetici che ogni imprenditore ha , limitandomi esclusivamente al costto del motore e alla mano d’ opera necessaria per la sostituzione .  

Per il calcolo del guadagno,  calcolo che sul  motore ricavo 84,00 euro e sulla manodopera se considero un costo orario di 18,00 euro che potrebbe avere un operaio specializzato ad un azienda ( compreso di tredicesima e tfr ) considero quindi  un costo  di mano d’ opera di 72 euro,   quindi su 120 euro  di prezzo di vendita come mano d’opera  il guadagno risulta 120,00-72,00= 48,00 euro

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