Motori a induzione a rotore avvolto: Il segreto della coppia elevata e della velocità regolabile

Lavoro con i motori elettrici da molto tempo. Ho visto grandi motori, piccoli motori e motori che svolgono compiti molto speciali. Uno dei motori più interessanti che ho visto è il motore a induzione a rotore avvolto. È un motore che lavora molto duramente. Se vi siete mai chiesti come fa una grande gru a sollevare cose pesanti in modo così fluido, forse state vedendo cosa può fare questo motore speciale.

Questo articolo fa al caso vostro se volete conoscere questo potente tipo di motore. Vedremo cos'è e come funziona un motore a rotore avvolto. Vedremo anche perché è così diverso dal comune motore a gabbia di scoiattolo. Lo spiegherò con parole semplici. Al termine della lettura, saprete esattamente perché questo motore è la scelta giusta per alcuni dei lavori più difficili.

Che cos'è un motore a rotore avvolto?

Cominciamo con i fatti semplici. Il motore a rotore avvolto è un tipo particolare di motore a induzione. Lo si può anche sentire chiamare motore a collettore rotante. Come gli altri motori elettrici, utilizza magneti ed elettricità per far muovere gli oggetti. Il compito principale di ogni motore è quello di trasformare l'energia elettrica in energia in movimento. Questo motore svolge egregiamente questo compito, soprattutto quando il lavoro è difficile.

Il nome "rotore avvolto" indica la cosa più importante. Il rotore è la parte del motore che gira. In questo motore, il rotore è avvolto da bobine di filo. Questi fili sono chiamati avvolgimenti. Non si tratta di semplici barre di metallo. Si tratta di avvolgimenti isolati. Sono molto simili agli avvolgimenti della parte del motore che non si muove, chiamata statore.

Questo speciale avvolgimento sul rotore è la chiave della sua potenza. È un tipo di motore a induzione in cui gli avvolgimenti del rotore sono collegati a elementi esterni al motore. Questo collegamento ci permette di modificare il funzionamento del motore mentre è in funzione. Questo controllo esterno è ciò che rende il motore a induzione a rotore avvolto una macchina unica e forte. Vedremo come questo semplice componente possa fare una grande differenza.

In che modo questo motore a induzione è diverso da un motore a gabbia di scoiattolo?

Quando parlo di motori, la maggior parte delle persone pensa al normale motore a induzione a gabbia di scoiattolo. È il tipo di motore CA più utilizzato al mondo. È semplice, non costa molto e si può contare su di esso. Il nome "gabbia di scoiattolo" deriva dal suo rotore. Il rotore assomiglia a una gabbia per un piccolo animale. È costituito da un insieme di barre metalliche unite alle estremità.

Il motore a induzione a rotore avvolto non è lo stesso. Non ha un semplice rotore a gabbia di scoiattolo. Il rotore è invece più dettagliato e dotato di avvolgimenti. Se lo si confronta con i motori a gabbia di scoiattolo, questa è una differenza molto importante. Il motore a gabbia di scoiattolo semplice è un tipo di macchina "imposta e dimentica". Quando lo si accende, la sua velocità e la sua forza di rotazione sono praticamente impostate. Svolge molto bene un compito a una velocità.

Il motore a rotore avvolto, invece, è in grado di cambiare. Possiamo collegarlo agli avvolgimenti del rotore. Ciò significa che possiamo cambiare le sue prestazioni in qualsiasi momento. Questo rende il motore più dettagliato e spesso costa di più. Ma per alcuni lavori, la possibilità di cambiare è proprio ciò che serve. Un motore a gabbia di scoiattolo è come un'automobile con una sola marcia. Un motore a rotore avvolto è come un'auto in cui si possono cambiare tutte le marce.

A cosa servono gli anelli di scorrimento in un motore a induzione a rotore avvolto?

Quindi, come si crea un collegamento con il rotore in rotazione? È qui che si usano slip ring e spazzole. Pensate di provare a collegare dei fili a qualcosa che gira mille volte al minuto. Sarebbe un gran pasticcio! Il collettore rotante è una risposta intelligente a questo problema. Il collettore rotante è un anello metallico. Si trova sull'asta di rotazione del motore, ma l'elettricità non può passare tra l'anello e l'asta.

Gli avvolgimenti del rotore sono collegati a questi slip ring. Quando il rotore gira, gli anelli girano con lui. Alcuni blocchi di carbonio che non si muovono, chiamati spazzole, toccano gli anelli. L'elettricità passa dagli avvolgimenti del rotore, attraverso gli anelli di scorrimento e le spazzole. Quindi esce verso una scatola di controllo posta all'esterno. Questo ci permette di aggiungere parti al circuito del rotore.

Questa è la chiave del funzionamento di un motore a induzione a rotore avvolto. Senza spazzole e collettori rotanti, non potremmo collegarci al rotore. Non avremmo modo di modificare la resistenza nel circuito del rotore. Questa parte sembra semplice, ma è ciò che rende questo tipo di motore così speciale. Ci permette di avere un grande controllo sulla sua potenza. Questo motore è un ottimo esempio di progettazione intelligente.

Come si può controllare la velocità di un motore a rotore avvolto?

L'aspetto migliore di questo motore è la possibilità di controllarne la velocità. Il controllo della velocità è collegato agli anelli di scorrimento di cui abbiamo appena parlato. Possiamo collegare una serie di resistenze esterne al circuito del rotore attraverso le spazzole. Questo ci permette di modificare il funzionamento del motore. Un resistore è un componente che rende più difficile il passaggio dell'elettricità.

Quando si aggiunge una resistenza al circuito del rotore, si modifica il funzionamento del motore. Se si aggiunge una resistenza al rotore, il motore rallenta. Più resistenza aggiungiamo, più il motore girerà lentamente. Questo ci permette di controllare la velocità. La resistenza aiuta la velocità del motore a cambiare in modo fluido. È un'ottima soluzione per i lavori che richiedono movimenti molto accurati.

La modifica della resistenza del rotore è un modo semplice e valido per gestire la velocità e la coppia del motore. Il motore può essere utilizzato per funzionare a una determinata velocità, non solo a quella più veloce. È perfetto per i lavori che richiedono una velocità variabile. Il fatto di poter gestire la velocità di un motore a rotore avvolto è ciò che lo rende così utile per i grandi lavori nelle fabbriche. Questo motore è un vero e proprio lavoratore.

Perché questo motore ha una coppia di avviamento così elevata?

La coppia è la forza di torsione che fa girare qualcosa. Quando si avvia un motore, è necessaria una coppia di avviamento elevata per far muovere le cose. Ciò è particolarmente vero se è presente un carico pesante. Un normale motore a induzione a gabbia di scoiattolo preleva una grande quantità di energia dall'impianto elettrico per ottenere la sua coppia di avviamento. La potenza assorbita può essere da sei a otto volte superiore a quella utilizzata quando è in funzione!

Il motore a induzione a rotore avvolto risolve questo problema in modo molto intelligente. Per ottenere una coppia di avviamento elevata, aggiungiamo una resistenza al circuito del rotore. A tale scopo utilizziamo le resistenze esterne. Questo fa due cose meravigliose. In primo luogo, riduce notevolmente la quantità di corrente di avviamento necessaria al motore. Questo è molto meglio per l'impianto elettrico. La quantità di corrente di avviamento è molto inferiore a quella dei motori a gabbia di scoiattolo. La corrente è ridotta, il che è di grande aiuto.

In secondo luogo, la resistenza aggiunta del rotore modifica il motore in modo da ottenere la massima forza di avviamento. La coppia è più elevata grazie a una migliore connessione tra i campi magnetici del motore. In questo modo, otteniamo un'enorme forza di avviamento senza un grande sforzo di potenza. Quando il motore funziona più velocemente, possiamo eliminare lentamente la resistenza. In questo modo il motore può funzionare bene alla sua velocità massima. In questo modo si ottiene il meglio di entrambe le cose: una partenza forte e un buon funzionamento.

Dove vengono utilizzati questi motori a rotore speciale?

Non troverete motori a rotore avvolto in casa vostra. Si tratta di motori per impieghi gravosi, destinati a grandi lavori. I motori a rotore avvolto sono utilizzati per lavori che richiedono un'elevata coppia di spunto e la capacità di controllare la velocità. Sono perfetti per spostare oggetti molto pesanti in modo fluido e sicuro.

Ecco alcuni luoghi comuni in cui si trovano questi motori a rotore forte:

• Gru e paranchi: Per sollevare casse enormi o travi d'acciaio è necessario un motore in grado di avviarsi con un carico molto pesante. Una gru ha bisogno di un controllo fluido e un motore a rotore avvolto glielo garantisce. Il paranco della gru utilizza questo tipo di motore.
• Ascensori: Un ascensore ha bisogno di un avvio e di un arresto molto fluidi. Questo motore garantisce un avvio fluido.
• Frantoi, mulini e macine: Queste macchine hanno bisogno di molta potenza per avviarsi quando sono piene di materiale. Un motore a induzione a rotore avvolto può fornire la coppia necessaria per farle partire.
• Pompe e ventilatori: Alcuni sistemi di pompe di grandi dimensioni devono essere in grado di modificare la velocità per controllare la portata del liquido. Questo tipo di motore è adatto a questo scopo.
• Presse e cesoie: Queste macchine hanno bisogno di una coppia elevata per il loro ciclo di lavoro.

Qualsiasi lavoro in cui sia necessario avviare un motore con un carico pesante è l'ideale per un motore a rotore avvolto. Inoltre, se è necessario controllare la velocità di un motore sotto carico, questo motore è una buona scelta. Si tratta di motori robusti per lavori difficili.

Guardiamo all'interno: Quali sono le parti principali?

Se smontassimo un motore a rotore avvolto, vedremmo alcune parti principali. Si tratta di un tipo di motore a induzione. Quindi, alcune parti sono simili al suo cugino a gabbia di scoiattolo, ma il rotore è molto diverso.

1. Statore: È la parte esterna del motore che non si muove. Ha un proprio set di avvolgimenti. Quando si invia corrente alternata allo statore, si crea un campo magnetico rotante. Questo è lo stesso per quasi tutti i motori a induzione.
2. Rotore avvolto: Questo è il centro del motore. È la parte che gira. Non è come un semplice rotore a gabbia di scoiattolo. Questo ha una serie di avvolgimenti isolati, proprio come lo statore.
3. Anelli e spazzole: Come abbiamo detto, queste parti costituiscono il collegamento elettrico con il rotore in rotazione. Le estremità degli avvolgimenti del rotore sono collegate agli anelli di scorrimento. Le spazzole non si muovono e toccano gli anelli per trasferire l'energia dal rotore.
4. Banco di resistenze esterne: Non si trova all'interno del motore, ma è molto importante per il suo funzionamento. Si tratta di una scatola di resistenze di grandi dimensioni. Possono essere collegate al rotore attraverso le spazzole. In questo modo il motore può controllare la velocità e la forza. Questa resistenza variabile è la chiave.

Tutte queste parti, lavorando insieme, costituiscono il sistema di induzione a rotore avvolto completo. Il motore è una semplice macchina a induzione. Ma il rotore speciale e i collettori rotanti gli conferiscono capacità sorprendenti.

Posso utilizzare un motore a gabbia di scoiattolo?

Ricevo spesso questa domanda. Un motore a gabbia di scoiattolo è più semplice e costa meno. Inoltre, richiede meno manutenzione. Quindi, perché non usarne sempre uno? La risposta è che ogni lavoro è diverso. Per molti compiti, un motore a induzione a gabbia di scoiattolo è lo strumento perfetto. Se avete bisogno di un motore per far funzionare una ventola sempre alla stessa velocità, un motore a gabbia di scoiattolo è la scelta migliore.

Ma cosa succede se si deve sollevare qualcosa che pesa dieci tonnellate? Un normale motore a gabbia di scoiattolo cercherebbe di assorbire un'enorme quantità di energia per avviarsi. Ciò potrebbe interrompere l'alimentazione o danneggiare l'impianto elettrico. Potrebbe anche non essere in grado di fornire una coppia di avviamento sufficiente a sollevare il peso. Il motore potrebbe non essere in grado di svolgere il lavoro.

È qui che il motore a rotore avvolto dà il meglio di sé. È stato costruito per questo tipo di compiti. Può creare una coppia molto elevata quando non è in movimento e utilizza una bassa quantità di corrente. Ciò significa che può iniziare a muovere carichi pesanti senza stressare l'impianto elettrico. Quindi, no, non è possibile utilizzare sempre uno al posto dell'altro. È necessario scegliere il motore giusto per il compito da svolgere. Se avete bisogno di una coppia di avviamento elevata e di partenze regolari, il motore a rotore avvolto è spesso l'unica scelta possibile.

Che dire degli azionamenti a frequenza variabile (VFD)? Sono una scelta migliore?

Nel mondo del controllo dei motori, le cose cambiano continuamente. Oggi disponiamo di un nuovo strumento, il variatore di frequenza, o VFD. Un VFD è un dispositivo elettronico in grado di modificare la velocità di un normale motore a gabbia di scoiattolo. Lo fa cambiando la frequenza dell'elettricità che va al motore.

I VFD sono ormai molto utilizzati. Consentono a un motore a gabbia di scoiattolo economico e semplice di svolgere lavori che prima richiedevano un motore a rotore avvolto dettagliato. Con un VFD, un normale motore a induzione può avere un ottimo controllo della velocità. Può anche avere una coppia di avviamento più elevata. Per molti nuovi progetti, una persona potrebbe scegliere un VFD e un motore a gabbia di scoiattolo invece di un motore a rotore avvolto.

Ma i motori a rotore avvolto sono ancora necessari. Sono molto resistenti e possono lavorare in luoghi molto difficili. In alcuni lavori ad alta potenza, un motore a rotore avvolto può ancora essere più conveniente o più affidabile di un grande e dettagliato sistema VFD. Inoltre, se si sta sostituendo un vecchio motore in un sistema già esistente, spesso è più facile utilizzare un altro motore a rotore avvolto. I nuovi azionamenti a frequenza variabile hanno cambiato le cose, ma non hanno reso superfluo il vecchio e resistente motore a rotore avvolto.

Quali sono i principali pro e contro che dovrei conoscere?

Per concludere, analizziamo gli aspetti positivi e negativi. Come ogni strumento, il motore a induzione a rotore avvolto ha i suoi pregi e i suoi difetti. È importante conoscerli entrambi prima di decidere se è il motore giusto per le proprie esigenze.

Vantaggi (Pro):

• Coppia di avviamento elevata: Può partire con carichi molto pesanti. Questa è la sua caratteristica migliore.
• Bassa corrente di avviamento: L'avviamento non comporta grandi sollecitazioni per l'impianto elettrico.
• Inizio regolare: La velocità può essere aumentata lentamente e senza problemi. È l'ideale per i carichi che richiedono attenzione.
• Velocità modificabile: La velocità di marcia può essere controllata modificando la resistenza del rotore.

Svantaggi (Contro):

• Costa di più: Questi motori sono più dettagliati e costano di più rispetto ai motori a gabbia di scoiattolo.
• Ha bisogno di maggiore manutenzione: Gli anelli di scorrimento e le spazzole si consumano. Devono essere controllati e sostituiti.
• Spreca più energia: Una parte della potenza viene trasformata in calore e persa nelle resistenze esterne. Ciò avviene soprattutto quando si lavora a bassa velocità.
• Dimensioni maggiori: Spesso sono più grandi e più pesanti di un motore a gabbia di scoiattolo con la stessa potenza.

La conoscenza di questi punti vi aiuterà a capire perché questo motore è uno strumento speciale per lavori speciali. Non è adatto a tutti i lavori, ma quando si ha bisogno dei suoi punti di forza speciali, nessun altro motore funzionerà altrettanto bene.

Cose da ricordare

Spero che questo vi abbia aiutato a conoscere il motore a induzione a rotore avvolto. Si tratta di una macchina molto interessante nel mondo dei motori elettrici. Ecco le cose più importanti da ricordare:

• Il motore a rotore avvolto è un motore a induzione speciale con avvolgimenti a filo sul rotore.
• Utilizza anelli di scorrimento e spazzole per collegare il rotore a un circuito esterno.
• Aggiungendo una resistenza al rotore, è possibile controllare la velocità del motore. È inoltre possibile ottenere una coppia di avviamento molto elevata con una bassa corrente di avviamento.
• Questi motori a rotore sono perfetti per lavori pesanti come gru, paranchi e mulini.
• Sono più dettagliati, costano di più e richiedono una maggiore manutenzione rispetto ai comuni motori a gabbia di scoiattolo.
• I nuovi VFD sono in grado di fornire prestazioni simili a quelle dei motori normali, ma il motore a rotore avvolto è ancora utilizzato per i lavori più gravosi.