MOTORE ASINCRONO TRIFASE o MOTORE A INDUZIONE - smontaggio e spiegazione del suo funzionamento

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Il motore asincrono trifase o motore a induzione è un motore elettrico in corrente alternata in cui la velocità angolare del rotore è inferiore alla velocità di rotazione del campo magnetico generato dagli avvolgimenti dello statore.

Sin dal 1885 l’italiano Galileo Ferraris aveva dimostrato che due bobine fisse, ortogonali e percorse da correnti alternate della stessa frequenza e sfasate di 90°, generano un campo magnetico rotante, arrivando a pubblicare nel 1888 i risultati dei suoi esperimenti.

Ma è nell'autunno del 1887 che il fisico serbo Nikola Tesla, dopo aver intensificato il lavoro ingegneristico sul motore a induzione, ne deposita le richieste di brevetto.

I motori asincroni trifase possono essere considerati tra le macchine elettriche più affidabili, poiché svolgono la loro funzione per molti anni, con interventi di manutenzione assai ridotti.

In questo video vedremo nel dettaglio il suo funzionamento, smonteremo un reale motore a induzione, e scopriremo dove è maggiormente utilizzato.

Oggi, circa il 90% dei motori industriali è costituito dai motori asincroni.

Ma proviamo a vedere nel dettaglio il meccanismo di funzionamento interno di questi motori.

Il motore a induzione è costituito da due parti principali: lo statore e il rotore:
Lo statore, è fondamentalmente un avvolgimento a tre bobine alimentato in corrente alternata trifase.
Ogni avvolgimento passa attraverso le fessure dello statore, che sono realizzate impilando sottili lamine di acciaio ad alta permeabilità magnetica all'interno di una struttura in acciaio o ghisa.

Lo scorrimento della corrente trifase attraverso questi avvolgimenti causa la formazione di quello che Galileo Ferraris aveva già scoperto nel lontano 1885. Ovvero un campo magnetico rotante.

È appunto questo Campo magnetico rotante (acronimo inglese RMF –Rotating Magnetic Field) che causa la rotazione del rotore.

Per capire come viene generato il campo magnetico rotante e le sue proprietà, prendiamo come esempio una versione semplificata di un avvolgimento statorico.

Questo avvolgimento è costituito da tre bobine, disposte a 120 gradi l'una dall'altra.

Un cavo lungo il quale scorre della corrente elettrica, genera un campo magnetico attorno ad esso.
Quando una potenza trifase viene applicata a questa speciale disposizione di bobine, il campo magnetico verrà generato in un preciso istante, come mostrato.
Seguendo le variazioni della corrente alternata, il campo magnetico assumerà diversi orientamenti e modulo.

Se confrontiamo queste tre istanze possiamo notare che è come se rappresentassero la sequenza di rotazione di un campo magnetico di forza uniforme.
La velocità di rotazione del campo magnetico è nota come "velocità sincrona".

Supponiamo adesso che si metta un conduttore chiuso all’interno del campo magnetico rotante;
secondo la legge di Faraday, poiché si ha un campo elettromagnetico variabile in un circuito chiuso, si creerà sul conduttore una corrente indotta. Possiamo quindi dire che il campo magnetico rotante indurrà una corrente nella spira.

Quindi, la situazione che si ottiene è un anello soggetto a corrente indotta, situato nel campo magnetico.
Come avevamo potuto osservare nel nostro esperimento sulla dimostrazione della Forza di Lorentz, il filo di stagno percorso dalla corrente elettrica e immerso in un campo magnetico, subiva una forza perpendicolare al movimento delle cariche, che lo faceva ruotare.
Anche in questo caso una forza elettromagnetica sarà prodotta sull’anello, e il rotore ad esso collegato inizierà dunque a ruotare.

Lo stesso fenomeno si verifica anche all'interno di un motore a induzione.
Qui invece di una semplice spira viene utilizzato un rotore a gabbia di scoiattolo.

Anche qui, la corrente alternata trifase che passa attraverso lo statore produce un campo magnetico rotante.
Come nel caso precedente, la corrente verrà indotta nelle barre della gabbia di scoiattolo, che essendo in cortocircuito dagli anelli di estremità, permettono la rotazione del rotore.

Ecco perché questo motore è chiamato “motore a induzione”.
L'elettricità è indotta sul rotore grazie all'induzione elettromagnetica, e NON, dalla connessione elettrica diretta.

Per favorire tale induzione elettromagnetica, degli strati di lamine in ferro sono racchiuse all'interno del rotore.
Queste lamine sottili di materiale ferromagnetico favoriscono l’induzione magnetica limitando al minimo le correnti parassite.