Un motore asincrono è un motore elettrico che ruota perché il campo magnetico rotante generato nello statore induce corrente nel rotore. Al rotore non viene applicato alcun collegamento elettrico esterno; la corrente viene trasferita per via magnetica, proprio come in un trasformatore. Poiché il rotore gira sempre leggermente più lentamente del campo rotante, il motore viene definito “asincrono”, cioè non sincrono. Questa differenza di velocità è chiamata scorrimento e la capacità del motore di generare coppia dipende interamente dalla presenza di tale differenza.
La grande maggioranza dei motori elettrici utilizzati nell’industria appartiene a questa categoria. Grazie alla struttura semplice, al costo contenuto e al rotore che richiede poca manutenzione, il motore asincrono viene impiegato in quasi tutti gli azionamenti a velocità costante, dalle pompe ai trasportatori, dai ventilatori ai compressori. Tuttavia, la velocità di uscita del motore è generalmente molto superiore a quella richiesta dalle macchine; per questo, sul campo viene quasi sempre abbinato a un riduttore. Di seguito analizziamo il principio di funzionamento, le versioni monofase e trifase, i campi di impiego e il rapporto con il riduttore.
Che cos’è un motore asincrono?
Come suggerisce il nome, un motore asincrono è un motore in corrente alternata il cui rotore non ruota alla stessa velocità del campo magnetico rotante. In letteratura è noto anche come motore a induzione perché la corrente nel rotore non viene fornita dall’esterno, ma si genera per induzione.
La struttura è composta da due elementi fondamentali:
- Statore: Pacco lamellare fissato alla carcassa, all’interno del quale sono alloggiati gli avvolgimenti trifase. È la parte alimentata dalla rete.
- Rotore: La parte che ruota liberamente all’interno dello statore. Il tipo più diffuso nell’industria è il rotore a gabbia di scoiattolo: barre di alluminio o rame inserite in un corpo cilindrico sono cortocircuitate alle due estremità mediante anelli. Non sono presenti spazzole, anelli collettori o collegamenti degli avvolgimenti.
Questa semplicità è il principale vantaggio del motore. Poiché non ci sono spazzole soggette a usura, collettori da pulire o elementi di contatto da sostituire periodicamente, la manutenzione di un motore asincrono si limita praticamente al controllo dei cuscinetti e dell’isolamento. Per un confronto generale tra i tipi di motore, puoi consultare la nostra pagina motori .
Principio di funzionamento del motore asincrono
Il principio di funzionamento si spiega con la sovrapposizione di due fenomeni: la generazione di un campo magnetico rotante e l’induzione di corrente nel rotore.
Campo magnetico rotante. L’alimentazione trifase raggiunge gli avvolgimenti dello statore con uno sfasamento di 120 gradi tra le fasi. Poiché gli avvolgimenti generano a turno un campo magnetico, si crea un campo magnetico rotante anziché statico. La velocità di rotazione di questo campo è detta velocità sincrona e si calcola con la formula seguente:
Velocità sincrona (giri/min) = (120 × Frequenza) ÷ Numero di poli
| Numero di poli | Velocità sincrona (50 Hz) | Velocità tipica sotto carico |
|---|---|---|
| 2 poli | 3.000 giri/min | 2.850 – 2.950 giri/min |
| 4 poli | 1.500 giri/min | 1.420 – 1.470 giri/min |
| 6 poli | 1.000 giri/min | 950 – 980 giri/min |
| 8 poli | 750 giri/min | 710 – 735 giri/min |
Induzione di corrente e scorrimento. Il campo magnetico rotante attraversa le barre del rotore fermo e induce una tensione nel rotore. Poiché le barre sono cortocircuitate alle estremità, la tensione indotta si trasforma immediatamente in corrente. Un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico è soggetto a una forza, quindi il rotore inizia a girare e segue il campo.
Il punto fondamentale è questo: se il rotore raggiungesse esattamente la stessa velocità del campo rotante, verrebbe meno la variazione del campo magnetico che attraversa le barre. Senza variazione non si induce corrente; senza corrente non si genera coppia. In altre parole, nel momento in cui il motore raggiungesse la velocità sincrona perderebbe la forza necessaria per continuare a ruotare. Per questo il rotore resta sempre leggermente indietro e proprio questa differenza è all’origine della produzione di coppia.
L’espressione proporzionale di questa differenza è lo scorrimento:
Scorrimento (%) = [(Velocità sincrona − Velocità reale) ÷ Velocità sincrona] × 100
Ad esempio, se un motore a 4 poli gira a 1.440 giri/min, lo scorrimento è (1.500 − 1.440) ÷ 1.500 × 100 = 4%. In un motore a vuoto lo scorrimento si avvicina quasi a zero; aumentando il carico, il rotore rallenta, lo scorrimento cresce e il motore produce più coppia. È questo meccanismo che consente al motore di adattarsi automaticamente al carico.
Tipi di motori asincroni
I motori asincroni si dividono in due gruppi in base al tipo di alimentazione. Il principio di funzionamento è lo stesso per entrambi; cambia il modo in cui viene generato il campo magnetico rotante.
| Confronto | Motore asincrono monofase | Motore asincrono trifase |
|---|---|---|
| Alimentazione | 220 V, monofase | 380/400 V, trifase |
| Campo rotante | Non si genera autonomamente; sono necessari un avvolgimento ausiliario e un condensatore | Si genera naturalmente grazie allo sfasamento |
| Avviamento | Non può avviarsi da solo senza un componente aggiuntivo | Si avvia direttamente quando viene alimentato |
| Gamma di potenza | Generalmente inferiore a 3 kW | Da alcune centinaia di watt fino all’ordine dei megawatt |
| Rendimento e comportamento della coppia | Rendimento inferiore, coppia pulsante | Rendimento elevato, coppia regolare |
| Impiego tipico | Macchine da officina, apparecchi domestici, piccole pompe | Impianti industriali, linee di produzione |
Ovunque sia disponibile una rete trifase, si preferisce un motore trifase. I motori monofase vengono utilizzati solo a basse potenze e nei punti in cui non è disponibile un’alimentazione trifase.
Campi di applicazione dei motori asincroni
Il motore asincrono è la soluzione standard per tutte le applicazioni in cui il movimento è continuo e a velocità costante. Finché non è richiesto un controllo preciso della posizione, questo tipo di motore è più economico e più robusto rispetto alle alternative.
Gruppi pompa e ventilatore. È il tipo di motore più utilizzato per il pompaggio di acqua, acque reflue e fluidi di processo, nonché per ventilatori di aerazione e raffreddamento. Pompa e riscaldamento-raffreddamento I gruppi di azionamento di queste applicazioni sono basati su questi motori.
Sistemi di trasporto e movimentazione. I trasportatori a nastro, a catena e a coclea richiedono un movimento continuo a velocità costante. In queste applicazioni il motore da solo non è sufficiente; per ridurre la velocità deve essere utilizzato insieme a un riduttore. Per maggiori dettagli, consulta il nostro articolo sulla scelta del riduttore per trasportatori .
Agitatori e miscelatori. Nella produzione chimica, alimentare e di materiali da costruzione, la maggior parte delle unità di miscelazione richiede elevata coppia a bassa velocità. Chimica e bevande-alimentare In questi impianti questa combinazione è standard.
Gruppi di mulini, frantoi e vagli. Cemento e industria mineraria In questi impianti, motori asincroni di elevata potenza lavorano senza interruzioni anche in condizioni gravose.
Compressori e azionamenti macchina. Anche i gruppi di azionamento per la produzione di aria compressa, le macchine tessili e le apparecchiature di produzione generale utilizzano questo tipo di motore.
Uso del motore asincrono con un riduttore
Il principale limite del motore asincrono nell’impiego reale riguarda la velocità. Un comune motore a 4 poli gira a circa 1.440 giri/min. Un nastro trasportatore, invece, può funzionare a circa 30 giri/min, un miscelatore a 20 giri/min e il tamburo di una gru a 15 giri/min. Questa differenza non può essere compensata elettricamente; viene gestita meccanicamente con un riduttore.
Il riduttore diminuisce la velocità e aumenta la coppia nello stesso rapporto. Un riduttore con rapporto 50 porta la velocità del motore da 1.440 giri/min a circa 29 giri/min, aumentando al tempo stesso la coppia in uscita di circa 50 volte. È un livello di coppia che il motore, da solo, non potrebbe mai generare ed è esattamente ciò di cui la macchina ha bisogno.
Gli altri vantaggi che il riduttore apporta al motore asincrono sono:
- Miglioramento del comportamento in avviamento: L’inerzia del carico viene riflessa al motore ridotta in base al rapporto di trasmissione, diminuendo lo sforzo del motore durante l’avviamento.
- Riduzione della potenza motore richiesta: Grazie al riduttore, lo stesso lavoro può essere svolto con un motore di potenza inferiore; questo riduce sia i costi di investimento sia quelli energetici.
- Flessibilità di installazione: Le diverse posizioni di montaggio e direzioni dell’albero di uscita consentono di collocare il motore nella posizione più adatta sulla macchina. Per approfondire, il nostro articolo sulle posizioni di montaggio dei riduttori può essere una guida utile.
La soluzione in cui motore e riduttore sono combinati in un unico gruppo è chiamata motoriduttore. Rispetto alle soluzioni in cui vengono scelti separatamente e collegati tramite giunto, è più compatta, riduce gli errori di allineamento e consente un montaggio più rapido. Per dettagli tecnici, criteri di selezione e vantaggi di questa combinazione, consigliamo il nostro articolo sui motori AC con riduttore ; questo articolo tratta il motore in sé, mentre l’altro tratta il motore abbinato al riduttore.
Per un corretto abbinamento sono necessari due calcoli: il rapporto di trasmissione in funzione della velocità di uscita richiesta dalla macchina e la coppia di uscita richiesta dal carico. Per questi calcoli possono essere applicate direttamente le formule presenti nei nostri articoli sul calcolo della velocità del riduttore e calcolo della coppia . Non dimenticare di includere il fattore di servizio nel calcolo; in presenza di carichi d’urto e linee che lavorano molte ore al giorno, questo coefficiente determina la durata del riduttore.
Scegliamo insieme il riduttore giusto per il tuo gruppo di azionamento
Le prestazioni di un gruppo di azionamento non dipendono soltanto dalla potenza nominale del motore, ma dalla corretta compatibilità tra motore, riduttore e applicazione. Un rapporto di trasmissione scelto in modo errato sovraccarica continuamente il motore, mentre un fattore di servizio sottostimato può portare il riduttore a richiedere una revisione molto prima del previsto.
Come Remak Redüktör, produttore di riduttori e gruppi di ingranaggi dal 1987, possiamo individuare insieme la serie più adatta in base ai valori di velocità, coppia e regime di funzionamento della tua applicazione. Puoi consultare la nostra famiglia più diffusa per gli azionamenti industriali, i riduttori ad ingranaggi elicoidali e contattarci tramite la nostra pagina contatti per condividere i dettagli tecnici del tuo progetto.
Domande frequenti sui motori asincroni
Qual è la differenza tra un motore asincrono e un motore sincrono?
La differenza riguarda il fatto che il rotore giri o meno alla stessa velocità del campo magnetico rotante. In un motore sincrono il rotore gira esattamente alla stessa velocità del campo e la velocità rimane costante anche al variare del carico; per questo è necessario un rotore a magneti permanenti oppure un’eccitazione esterna. Nel motore asincrono, invece, il rotore resta sempre leggermente indietro e la velocità diminuisce un po’ all’aumentare del carico. Il motore sincrono offre rendimento più elevato e velocità costante, mentre quello asincrono è più semplice, economico e robusto.
Perché la corrente di avviamento di un motore asincrono è elevata e come si può ridurre?
All’avviamento il rotore è fermo, quindi lo scorrimento è massimo e nel rotore viene indotta una corrente molto elevata. Per questo il motore assorbe in avviamento una corrente pari a diverse volte quella nominale. Per evitare cadute di tensione sulla rete e interventi delle protezioni si utilizzano avviamento stella-triangolo, soft starter oppure inverter di frequenza. Anche l’impiego di un riduttore facilita l’avviamento riducendo l’inerzia del carico riflessa al motore.
Come si può modificare elettricamente la velocità di un motore asincrono?
Poiché la velocità dipende dalla frequenza di alimentazione e dal numero di poli, non può essere modificata su una rete a frequenza fissa. Per regolare la velocità si usa un inverter di frequenza, che la modifica in modo continuo diminuendo o aumentando la frequenza. Tuttavia, a bassa frequenza rallenta anche la ventola di raffreddamento del motore, aumentando il rischio di surriscaldamento e modificando la capacità di coppia. Nelle applicazioni in cui la velocità deve essere ridotta in modo permanente, l’uso di un riduttore al posto dell’inverter è una soluzione più efficiente e affidabile.
Come si cambia il senso di rotazione di un motore asincrono?
In un motore trifase, invertendo due fasi qualsiasi si inverte la direzione del campo magnetico rotante e il motore inizia a girare nel verso opposto. L’operazione si esegue scambiando due conduttori di fase nella morsettiera. Nei motori monofase, invece, il senso di rotazione si cambia invertendo i terminali dell’avvolgimento ausiliario. Prima di invertire il senso, è necessario verificare che il riduttore e la macchina azionata siano idonei al funzionamento inverso; alcuni sistemi dispongono di un dispositivo antiritorno.
Perché un motore asincrono si surriscalda?
Le cause più comuni sono: potenza del motore insufficiente rispetto al carico, avviamenti e arresti frequenti, tensione di rete sbilanciata o perdita di una fase, copertura della ventola ostruita dalla polvere e temperatura ambiente superiore al valore di targa. Nei motori azionati continuamente a bassa velocità con un inverter di frequenza può essere necessaria anche una ventola esterna, poiché quella integrata non fornisce aria sufficiente. Poiché il calore riduce direttamente la durata dell’isolamento, continuare a far funzionare il motore senza individuare la causa può portare alla bruciatura degli avvolgimenti.
Cosa significano le classi di efficienza IE?
Le classi IE (International Efficiency) sono una classificazione internazionale che indica con quale efficienza un motore converte l’energia elettrica in energia meccanica. All’aumentare del numero cresce il rendimento: IE1 indica efficienza standard, IE2 alta efficienza, IE3 efficienza premium e IE4 efficienza super premium. In un motore che lavora in continuo, il prezzo di acquisto rappresenta una voce piccola rispetto all’energia elettrica consumata nell’arco della vita utile; per questo una classe di efficienza più elevata spesso si ripaga in poco tempo. Il rendimento complessivo del gruppo di azionamento dipende sia dal motore sia dal riduttore; affrontiamo il tema nel dettaglio nella nostra pagina dedicata all’efficienza e al risparmio energetico.
