L’avviamento dei motori asincroni -

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L’avviamento dei motori asincroni

Un problema rilevante nei motori asincroni è l’avviamento.
Nei motori asincroni infatti, durante l’avviamento, circolano nel motore correnti notevoli sia perché la resistenza dell’avvolgimento è molto bassa, sia perché in tale istante la tensione indotta nel rotore è massima. Analogamente al trasformatore queste correnti rotoriche richiamano nello statore elevate correnti (fino a 8 ÷ 10 volte quella corrispondente al carico nominale), che riscaldano eccessivamente il motore e provocano cadute di tensione inammissibili sulla linea di alimentazione.
Inoltre queste correnti, fortemente sfasate all’avviamento, determinano piccole coppie motrici allo spunto. Ciò è osservabile sulla caratteristica meccanica: la coppia di spunto è notevolmente inferiore alla coppia massima e spesso minore della stessa coppia corrispondente alla potenza nominale. Per tale motivo il motore può avviarsi solo a vuoto, oppure con coppia resistente molto ridotta.
Per questo, salvo piccoli motori (≈ 2–3 kW) dove si può usare l’inserzione diretta in rete, si adottano accorgimenti che riducono la corrente di avviamento e migliorano la coppia di spunto.
L’ipotesi di alimentare il motore a tensione ridotta non sempre è praticabile perché, se da un lato diminuisce la corrente assorbita, dall’altro la coppia di spunto si riduce ulteriormente peggiorando l’avviamento: è dimostrabile infatti che la coppia motrice è proporzionale all’incirca al quadrato della tensione di alimentazione.

Avviamento dei motori con rotore avvolto (reostato rotorico)

La particolare costituzione del rotore con il sistema degli anelli e delle spazzole, permette di modificare temporaneamente l’impedenza del circuito rotorico con l’inserzione di resistenze ausiliarie: tramite anelli e spazzole si inseriscono resistenze esterne nel circuito di rotore (reostato trifase d’avviamento). Si parte con resistenza massima; dopo la chiusura dell’interruttore, si escludono gradualmente le resistenze man mano che la velocità cresce, fino a cortocircuitare gli anelli e sollevare le spazzole a regime.
Dopo aver chiuso l’interruttore di linea, si escludono gradualmente le resistenze del reostato man mano che il motore prende velocità fino a escluderle completamente quando raggiunge una velocità prossima alla nominale. Si chiudono quindi in corto circuito gli anelli e si sollevano le spazzole mediante un particolare dispositivo.
L’inserzione delle resistenze ausiliarie fa traslare la coppia massima verso n = 0 e limita la corrente d’avviamento; dalla Figura 1b quando tutte le resistenze del reostato sono inserite si ottiene la curva r₃; la coppia massima si ha in prossimità del punto n = 0 (motore fermo). Diminuendo le resistenze inserite, si passa successivamente alle caratteristiche r₂, r₁ fino alla r₀ corrispondente al funzionamento normale, senza resistenze inserite nel circuito rotorico. L’inserzione di resistenze nel circuito rotorico permette quindi di ottenere, attraverso il gioco delle successive caratteristiche meccaniche, alte coppie allo spunto. Inoltre esse, aumentandone l’impedenza totale, permettono di diminuire la corrente assorbita all’atto dell’avviamento. Con tale sistema si riesce a limitare la corrente di spunto a valori dell’ordine 1,2 ÷ 2 volte la corrente nominale ed ottenere coppie dell’ordine di 1 ÷2 volte la nominale.

Reostato trifase su rotore avvolto e curve caratteristiche allo spunto — Figura 1 – Reostato trifase su rotore avvolto e spostamento della coppia massima verso lo spunto (curve r₃→r₀).

Motori a gabbia: doppia gabbia e cave profonde

L’altro tipo di motore (con rotore a gabbia) ha i conduttori del rotore chiusi permanentemente in corto circuito e non è quindi possibile l’inserzione di reostati d’avviamento. Questo motore all’avviamento assorbe una corrente di circa 5 volte la corrente nominale con coppia di spunto un po’ inferiore alla normale.
Poiché la costituzione della macchina è robusta, se gli avviamenti non si susseguono a brevi intervalli di tempo, si può ricorrere, come detto, all’inserzione diretta quando la potenza non supera i 2 ÷ 3 kW. Per potenze più elevate, anche per questo tipo di motore, si adottano alcuni accorgimenti che favoriscono le condizioni d’avviamento. Uno di questi è quello di realizzare un rotore a doppia gabbia (Figura 2).

Doppia gabbia

Il rotore a doppia gabbia ha due gabbie concentriche con caratteristiche diverse: esterna (di avviamento) ad alta resistenza e bassa reattanza; interna (di lavoro) a bassa resistenza e più alta reattanza all’avvio. Allo spunto la corrente fluisce prevalentemente nella gabbia esterna (comportamento più “ohmico”) → coppia di spunto elevata. A regime, con bassa frequenza rotorica, le reattanze diventano trascurabili e la corrente si ripartisce privilegiando la gabbia interna (più efficiente).

Il rotore di questo motore è provvisto di due gabbie concentriche aventi caratteristiche tra loro molto diverse. L’esterna (di avviamento), è costituita da sbarre di rame di piccola sezione e perciò di grande resistenza; l’interna (di lavoro), è costituita da sbarre di grande sezione e perciò di piccola resistenza. (R_e >> R_i)
Inoltre le due gabbie, essendo diversamente affondate nel ferro, presentano valori tra loro diversi nella reattanza di dispersione: la gabbia esterna ha reattanza minima, quella interna massima. (La gabbia interna, essendo molto più immersa nel ferro rotorico, è autoconcatenata con una maggior quantità di flusso disperso così da avere un coefficiente di autoinduzione molto maggiore Ld₂i >> Ld₂e Þ X_e << X_i)
In altre parole, la gabbia esterna presenta maggiore resistenza e minor induttanza, viceversa l’interna.

Flussi dispersi e differenze di reattanza nelle due gabbie Figura 3 – Reattanze diverse per autoconcatenazione con flusso disperso.

Ciò comporta che all’avviamento, a frequenza di rete, la gabbia interna presenta una impedenza più elevata e le correnti che l’attraversano sono ridotte; la gabbia esterna, invece, presenta una impedenza minore, pur avendo una resistenza maggiore, per cui la corrente rotorica circolerà prevalentemente nella gabbia esterna. Poiché questo circuito è fortemente ohmico svilupperà una elevata coppia di spunto.
Quando esso accelera, le frequenze rotoriche diminuiranno fino a ridursi a qualche frazione di Hertz (velocità a vuoto) o pochi Hertz (velocità a carico nominale); pertanto le reattanze delle due gabbie diminuiscono e, col motore in piena velocità, assumono valori trascurabili: le correnti si distribuiscono nei due avvolgimenti in proporzione alle loro sezioni. Quindi, ad avviamento fatto, la corrente indotta circola prevalentemente nella gabbia interna.
Con questa soluzione si possono avere coppie di avviamento fino a 2 volte quella nominale con punte di corrente intorno a 4 volte la corrente nominale.

Cave profonde (effetto pelle)

Sul principio dell’“effetto pelle” invece sono costituiti motori a cave profonde in cui l’avvolgimento rotorico è costituito da una serie di sbarre strette ed alte (Figura 3).

Nei rotori a cave profonde (sbarre strette e alte), l’effetto pelle allo spunto (frequenza rotorica elevata) addensa la corrente nella porzione di barra più vicina al traferro → porzione efficace di sezione ridotta → resistenza apparente maggiore e reattanza minore della parte esterna, con comportamento simile alla gabbia esterna della doppia gabbia. Con l’aumentare della velocità (frequenza rotorica bassa), la corrente si distribuisce in tutta la sezione e la resistenza “vista” diminuisce progressivamente.

Cave profonde su rotore a gabbia — Figura 4 – Cave profonde: comportamento resistivo variabile con la frequenza rotorica.

Distribuzione qualitativa della corrente nella barra durante l’avvio e a regime — La cava è stretta e molto profonda e segue l’andamento del conduttore: è una piattina. Si fa questo affinché, all’avviamento, la corrente vada ad interessare solo la parte più vicina al traferro della piattina. Infatti più ci si avvicina al traferro meno linee di flusso si concatenano con la fettina di piattina; questo implica una bassa f.e.m. indotta che si oppone alla corrente che l’ha creata, da cui segue che la corrente è maggiore nelle vicinanze del traferro; questo è dovuto all’effetto pellicolare che si verifica all’avviamento in quanto le correnti sono anch’esse a frequenza di 50 Hz: quella verso il traferro, a maggior resistenza, si comporta come la gabbia esterna, mentre quella più profondamente incassata nel ferro, di maggior reattanza, funziona da gabbia interna.

Figura 5 – Addensamento della corrente allo spunto (in alto) e distribuzione uniforme a regime (in basso).

**All’avviamento**, avremo un maggior addensamento della corrente sulla parte alte della barra che, interessando una parte relativamente piccola della sezione della barra stessa, presenta una resistenza rotorica piuttosto elevata, addensamento che si ridistribuirà poi, gradualmente, verso la parte bassa, man mano che la velocità cresce; **a regime**, tutta la sezione della barra viene uniformemente interessata dalla corrente con una conseguente progressiva diminuzione delle resistenze rotoriche.
In questo modo si è limitata la corrente di avviamento; all’aumentare della velocità del rotore diminuisce lo scorrimento e la frequenza, da cui segue che la corrente va ad interessare una maggiore sezione della piattina, questo implica una diminuzione della resistenza che questa offre alla corrente, infatti si ha:

$s = \frac{n_s - n}{n_s}$

Per cui s diminuisce all’aumentare di n. La frequenza delle correnti indotte è pari a:

$f_2 = s \cdot f_1$

Essa, pertanto, diminuisce al diminuire dello scorrimento cioè all’aumentare di n.
Le caratteristiche di questi motori sono intermedie fra quelle dei motori a gabbia semplice e quelle a doppia gabbia, presentando rispetto a questi ultimi una maggiore semplicità costruttiva.
Esistono diversi altri metodi di avviamento realizzabili agendo sul circuito statorico (sempre per motori a gabbia).
Essi servono solo per diminuire la corrente di spunto, essendo basati sul principio di abbassare temporaneamente la tensione di alimentazione. Poiché con essa si abbassa anche la coppia di spunto, questi sistemi possono essere validi per motori che hanno una piccola coppia resistente applicata all’albero.

La cava è stretta e molto profonda e segue l’andamento del conduttore: è una piattina. Si fa questo affinché, all’avviamento, la corrente vada ad interessare solo la parte più vicina al traferro della piattina. Infatti più ci si avvicina al traferro meno linee di flusso si concatenano con la fettina di piattina; questo implica una bassa f.e.m. indotta che si oppone alla corrente che l’ha creata, da cui segue che la corrente è maggiore nelle vicinanze del traferro; questo è dovuto all’effetto pellicolare che si verifica all’avviamento in quanto le correnti sono anch’esse a frequenza di 50 Hz: quella verso il traferro, a maggior resistenza, si comporta come la gabbia esterna, mentre quella più profondamente incassata nel ferro, di maggior reattanza, funziona da gabbia interna.

Figura 5 – Addensamento della corrente allo spunto (in alto) e distribuzione uniforme a regime (in basso).

**All’avviamento**, avremo un maggior addensamento della corrente sulla parte alte della barra che, interessando una parte relativamente piccola della sezione della barra stessa, presenta una resistenza rotorica piuttosto elevata, addensamento che si ridistribuirà poi, gradualmente, verso la parte bassa, man mano che la velocità cresce; **a regime**, tutta la sezione della barra viene uniformemente interessata dalla corrente con una conseguente progressiva diminuzione delle resistenze rotoriche.
In questo modo si è limitata la corrente di avviamento; all’aumentare della velocità del rotore diminuisce lo scorrimento e la frequenza, da cui segue che la corrente va ad interessare una maggiore sezione della piattina, questo implica una diminuzione della resistenza che questa offre alla corrente, infatti si ha:

$s = \frac{n_s - n}{n_s}$

Per cui s diminuisce all’aumentare di n. La frequenza delle correnti indotte è pari a:

$f_2 = s \cdot f_1$

Essa, pertanto, diminuisce al diminuire dello scorrimento cioè all’aumentare di n.
Le caratteristiche di questi motori sono intermedie fra quelle dei motori a gabbia semplice e quelle a doppia gabbia, presentando rispetto a questi ultimi una maggiore semplicità costruttiva.
Esistono diversi altri metodi di avviamento realizzabili agendo sul circuito statorico (sempre per motori a gabbia).
Essi servono solo per diminuire la corrente di spunto, essendo basati sul principio di abbassare temporaneamente la tensione di alimentazione. Poiché con essa si abbassa anche la coppia di spunto, questi sistemi possono essere validi per motori che hanno una piccola coppia resistente applicata all’albero.

Avviamento stella/triangolo (motori a gabbia)

Consiste nell’avviare il motore con l’avvolgimento statorico collegato a stella (tensione di fase ridotta) e, raggiunta una velocità prossima a regime, si commuta a triangolo per l’esercizio. Il metodo riduce la corrente ma anche la coppia di spunto: è adatto quando la coppia resistente allo spunto è bassa (ventilatori, pompe centrifughe, ecc.).
Ricordando quanto visto sui sistemi trifase, il collegamento a stella dell’avvolgimento statorico, nella fase d’avviamento, comporta i seguenti vantaggi:

la tensione applicata ad ogni fase è $\frac{1}{\sqrt{3}}$ volte la tensione concatenata (tensione applicata ai morsetti del motore);
la corrente assorbita dalle fasi statoriche collegate a stella è $\frac{1}{\sqrt{3}}$ rispetto a quella che circolerebbe nelle fasi collegate a triangolo;
poiché anche in linea la corrente risulta nel minore di $\frac{1}{\sqrt{3}}$ nel collegamento a stella rispetto a quello a triangolo, complessivamente all’avviamento il motore assorbe una corrente pari a $\frac{1}{3}$ di quella che assorbirebbe con le fasi collegate a triangolo.

Osserviamo che anche la coppia si riduce a $\frac{1}{3}$ di quella ottenibile con le fasi collegate a triangolo.
Per permettere questo tipo di avviamento, la parte frontale della carcassa è munita di una basetta isolante con i morsetti ai quali vengono collegati i terminali delle fasi costituenti l’avvolgimento. Se la basetta porta 6 morsetti disposti su due file, ai quali vengono collegati i principi P₁, P₂, P₃ e le fini nell’ordine F₃, F₁, F₂ dell’avvolgimento trifase, possiamo ottenere con delle sbarrette di rame i due tipi collegamenti, Figura 4.

Morsettiera a 6 poli: ponticelli per stella e triangolo — Figura 6 – Morsettiera a 6 morsetti: ponticelli per collegamento a stella (Y) e triangolo (Δ).

Osserviamo infine che oggi i dispositivi di avviamento, sia rotorici che statorici, sono quasi sempre comandati automaticamente anziché a comando manuale. Ciò consente di eliminare false manovre, di realizzare comandi a distanza e di avere minori perdite di tempo nell’esercizio.
Sappiamo però che non tutte le reti di alimentazione elettriche sono trifase. Vista l’importanza dell’utilizzazione monofase, si è voluto usare anche negli impianti a corrente alternata monofase il robusto, poco costoso motore asincrono, che non richiede alcuna manutenzione, soprattutto come il motore a gabbia di scoiattolo.

**Relazioni stella/triangolo**

Tensioni e correnti per fase:

$V_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}},\qquad I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z};\qquad V_{\varphi,\Delta}=V_L,\qquad I_{\varphi,\Delta}=\frac{V_L}{Z}$

Correnti di linea:

$I_{L,Y}=I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z}\quad;\quad I_{L,\Delta}=\sqrt{3}\,I_{\varphi,\Delta}=\sqrt{3}\,\frac{V_L}{Z}$

Rapporto delle correnti di linea:

$\frac{I_{L,Y}}{I_{L,\Delta}}= \frac{\frac{V_L}{\sqrt{3}Z}}{\sqrt{3}\,\frac{V_L}{Z}}=\frac{1}{3}$

Coppia motrice (proporzionale a $V_{\varphi}^2$ ):

$\frac{T_Y}{T_\Delta}= \left(\frac{V_{\varphi,Y}}{V_{\varphi,\Delta}}\right)^2= \left(\frac{V_L/\sqrt{3}}{V_L}\right)^2=\frac{1}{3}$

**Nota targa e compatibilità**

L’avviamento stella/triangolo è applicabile quando il motore è progettato per funzionare *a triangolo* alla tensione di linea disponibile.
Esempio: rete 400 V → serve motore **400/690 V** (Δ/Y) per avviare a *stella* e commutare a *triangolo* in esercizio.

Funzionamento di un motore asincrono monofase

Con sola alimentazione monofase, un avvolgimento unico genera un *campo pulsante*, non rotante. Per rendere il motore *autoavviante* si aggiunge un secondo avvolgimento statorico (**ausiliario**), disposto a *90° elettrici* rispetto al principale, alimentato con corrente *sfasata* (mediante resistenza o condensatore). La combinazione dei due campi *equivale* a un campo rotante, sufficiente per lo spunto; a regime l’ausiliario viene disinserito.
Supponiamo di alimentare una bobina percorsa da corrente alternata: ha origine un campo alternativo, il cui valore cambia in continuazione e la cui direzione si inverte periodicamente. Non si ha cioè un campo rotante. Se però la macchina ha due avvolgimenti posti a 90° uno dall’altro e se vi sono componenti aggiuntivi come condensatori, resistori o induttori, si può produrre, anche con corrente alternata monofase, un campo rotante.
In altre parole, costruttivamente i motori asincroni monofasi hanno l’avvolgimento di statore costituito da una sola fase (*avvolgimento principale*); viene però munito di un secondo avvolgimento statorico (*ausiliario o di avviamento*) situato a 90° elettrici rispetto all’avvolgimento principale. Questo avvolgimento è percorso da una corrente fortemente sfasata rispetto a quella dell’avvolgimento principale. La combinazione dei due campi genera così un campo rotante e il motore diventa quindi autoavviante.
Non appena il rotore ha acquistato una velocità prossima a quella di regime, l’avvolgimento ausiliario viene disinserito.

I sistemi adottati per creare lo sfasamento tra le correnti dei due avvolgimenti sono diversi.

Ricordiamo principalmente:

*motori con avvolgimento ausiliario resistivo*: l’avvolgimento ausiliario è costituito da conduttori ad elevata resistenza.

La corrente che vi circola è quasi in fase con la tensione, mentre quella dell’avvolgimento principale, essendo questo prevalentemente induttivo, è più sfasata.

Essi vengono impiegati nei casi in cui non è richiesta una forte coppia di spunto.

*motori con circuito ausiliario capacitivo*: l’avvolgimento ausiliario ha collegato in serie un condensatore, che sfasa la corrente in anticipo di circa 90° rispetto a quella dell’avvolgimento principale. Questi motori hanno forti coppie di avviamento: 1,5 ÷ 3,5 volte la coppia nominale.

Ricordiamo che i motori monofase a induzione hanno diffuse applicazioni sia nel settore degli apparecchi elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie, lucidatrici, ecc…) che nel campo industriale (ventilatori, condizionatori, bruciatori, ecc..).
Osserviamo infine che oggi i dispositivi di avviamento, sia rotorici che statorici, sono quasi sempre comandati automaticamente anziché a comando manuale. Ciò consente di eliminare false manovre, di realizzare comandi a distanza e di avere minori perdite di tempo nell’esercizio.

**In sintesi**

**Rotore avvolto + reostato**: correnti d’avvio basse (≈1,2–2·I_N), coppia di spunto alta (≈1–2·T_N); adatto a carichi gravosi.

**Doppia gabbia**: alta coppia allo spunto (≈2·T_N), corrente di spunto moderata (≈4·I_N).

**Cave profonde**: comportamento intermedio; soluzione semplice ed efficace grazie all’effetto pelle.

**Stella/triangolo**: corrente di spunto ≈ 1/3 rispetto al Δ, ma anche coppia ≈ 1/3; valido con coppia resistente bassa.

**Monofase**: ausiliario resistivo/capacitivo per generare lo sfasamento di avvio; il capacitivo dà coppia di spunto più alta.

Figura 6 – Morsettiera a 6 morsetti: ponticelli per collegamento a stella (Y) e triangolo (Δ).

Osserviamo infine che oggi i dispositivi di avviamento, sia rotorici che statorici, sono quasi sempre comandati automaticamente anziché a comando manuale. Ciò consente di eliminare false manovre, di realizzare comandi a distanza e di avere minori perdite di tempo nell’esercizio.
Sappiamo però che non tutte le reti di alimentazione elettriche sono trifase. Vista l’importanza dell’utilizzazione monofase, si è voluto usare anche negli impianti a corrente alternata monofase il robusto, poco costoso motore asincrono, che non richiede alcuna manutenzione, soprattutto come il motore a gabbia di scoiattolo.

**Relazioni stella/triangolo**

Tensioni e correnti per fase:

$V_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}},\qquad I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z};\qquad V_{\varphi,\Delta}=V_L,\qquad I_{\varphi,\Delta}=\frac{V_L}{Z}$

Correnti di linea:

$I_{L,Y}=I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z}\quad;\quad I_{L,\Delta}=\sqrt{3}\,I_{\varphi,\Delta}=\sqrt{3}\,\frac{V_L}{Z}$

Rapporto delle correnti di linea:

$\frac{I_{L,Y}}{I_{L,\Delta}}= \frac{\frac{V_L}{\sqrt{3}Z}}{\sqrt{3}\,\frac{V_L}{Z}}=\frac{1}{3}$

Coppia motrice (proporzionale a $V_{\varphi}^2$ ):

$\frac{T_Y}{T_\Delta}= \left(\frac{V_{\varphi,Y}}{V_{\varphi,\Delta}}\right)^2= \left(\frac{V_L/\sqrt{3}}{V_L}\right)^2=\frac{1}{3}$

**Nota targa e compatibilità**

L’avviamento stella/triangolo è applicabile quando il motore è progettato per funzionare *a triangolo* alla tensione di linea disponibile.
Esempio: rete 400 V → serve motore **400/690 V** (Δ/Y) per avviare a *stella* e commutare a *triangolo* in esercizio.

Funzionamento di un motore asincrono monofase

Con sola alimentazione monofase, un avvolgimento unico genera un *campo pulsante*, non rotante. Per rendere il motore *autoavviante* si aggiunge un secondo avvolgimento statorico (**ausiliario**), disposto a *90° elettrici* rispetto al principale, alimentato con corrente *sfasata* (mediante resistenza o condensatore). La combinazione dei due campi *equivale* a un campo rotante, sufficiente per lo spunto; a regime l’ausiliario viene disinserito.
Supponiamo di alimentare una bobina percorsa da corrente alternata: ha origine un campo alternativo, il cui valore cambia in continuazione e la cui direzione si inverte periodicamente. Non si ha cioè un campo rotante. Se però la macchina ha due avvolgimenti posti a 90° uno dall’altro e se vi sono componenti aggiuntivi come condensatori, resistori o induttori, si può produrre, anche con corrente alternata monofase, un campo rotante.
In altre parole, costruttivamente i motori asincroni monofasi hanno l’avvolgimento di statore costituito da una sola fase (*avvolgimento principale*); viene però munito di un secondo avvolgimento statorico (*ausiliario o di avviamento*) situato a 90° elettrici rispetto all’avvolgimento principale. Questo avvolgimento è percorso da una corrente fortemente sfasata rispetto a quella dell’avvolgimento principale. La combinazione dei due campi genera così un campo rotante e il motore diventa quindi autoavviante.
Non appena il rotore ha acquistato una velocità prossima a quella di regime, l’avvolgimento ausiliario viene disinserito.

I sistemi adottati per creare lo sfasamento tra le correnti dei due avvolgimenti sono diversi.

Ricordiamo principalmente:

*motori con avvolgimento ausiliario resistivo*: l’avvolgimento ausiliario è costituito da conduttori ad elevata resistenza.

La corrente che vi circola è quasi in fase con la tensione, mentre quella dell’avvolgimento principale, essendo questo prevalentemente induttivo, è più sfasata.

Essi vengono impiegati nei casi in cui non è richiesta una forte coppia di spunto.

*motori con circuito ausiliario capacitivo*: l’avvolgimento ausiliario ha collegato in serie un condensatore, che sfasa la corrente in anticipo di circa 90° rispetto a quella dell’avvolgimento principale. Questi motori hanno forti coppie di avviamento: 1,5 ÷ 3,5 volte la coppia nominale.

Ricordiamo che i motori monofase a induzione hanno diffuse applicazioni sia nel settore degli apparecchi elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie, lucidatrici, ecc…) che nel campo industriale (ventilatori, condizionatori, bruciatori, ecc..).
Osserviamo infine che oggi i dispositivi di avviamento, sia rotorici che statorici, sono quasi sempre comandati automaticamente anziché a comando manuale. Ciò consente di eliminare false manovre, di realizzare comandi a distanza e di avere minori perdite di tempo nell’esercizio.

**In sintesi**

**Rotore avvolto + reostato**: correnti d’avvio basse (≈1,2–2·I_N), coppia di spunto alta (≈1–2·T_N); adatto a carichi gravosi.

**Doppia gabbia**: alta coppia allo spunto (≈2·T_N), corrente di spunto moderata (≈4·I_N).

**Cave profonde**: comportamento intermedio; soluzione semplice ed efficace grazie all’effetto pelle.

**Stella/triangolo**: corrente di spunto ≈ 1/3 rispetto al Δ, ma anche coppia ≈ 1/3; valido con coppia resistente bassa.

**Monofase**: ausiliario resistivo/capacitivo per generare lo sfasamento di avvio; il capacitivo dà coppia di spunto più alta.

Quiz di verifica – Avviamento dei motori asincroni

Rispondi alle domande. Clicca su “Mostra/Nascondi soluzione” per controllare il risultato.

1) Vero/Falso – Coppia e corrente nello stella/triangolo

Con avviamento a stella, la coppia di spunto è circa 1/3 di quella in triangolo.
Con avviamento a stella, la corrente di linea di spunto è circa 1/3 di quella in triangolo.
Il metodo stella/triangolo è adatto a carichi con elevata coppia resistente allo spunto.

Soluzione:
a) Vero. $\frac{T_Y}{T_\Delta}=\left(\frac{V_{\varphi,Y}}{V_{\varphi,\Delta}}\right)^2=\left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2=\tfrac{1}{3}$ .
b) Vero. $\frac{I_{L,Y}}{I_{L,\Delta}}=\tfrac{1}{3}$ .
c) Falso. È adatto a carichi con bassa coppia resistente allo spunto (ventilatori/pompe centrifughe).

2) Calcolo rapido – Rapporto correnti e coppie

Dimostra con poche righe che, in avviamento stella/triangolo a tensione di linea costante $V_L$ e impedenza di fase $Z$ , si ha:

$\frac{I_{L,Y}}{I_{L,\Delta}}=\frac{1}{3}\quad\text{e}\quad\frac{T_Y}{T_\Delta}=\frac{1}{3}$

Soluzione (schema):
$V_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}},\quad I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z},\quad I_{L,Y}=I_{\varphi,Y}=\frac{V_L}{\sqrt{3}Z}.$
$V_{\varphi,\Delta}=V_L,\quad I_{\varphi,\Delta}=\frac{V_L}{Z},\quad I_{L,\Delta}=\sqrt{3}\,I_{\varphi,\Delta}=\sqrt{3}\frac{V_L}{Z}.$
Quindi: $\frac{I_{L,Y}}{I_{L,\Delta}}=\frac{V_L/(\sqrt{3}Z)}{\sqrt{3}V_L/Z}=1/3$ . Poiché $T \propto V_{\varphi}^2$ , segue $\frac{T_Y}{T_\Delta}=\left(\frac{V_L/\sqrt{3}}{V_L}\right)^2=1/3$ .

3) Scelta del metodo – Quale avviamento useresti?

Pompa centrifuga (bassa coppia all’avvio), rete 400 V, motore idoneo a stella/triangolo.
Nastro trasportatore pesante (alta coppia statica), rete 400 V.
Compressore a pistoni (coppia elevata allo spunto), avviamenti frequenti.

Soluzione:
a) Stella/triangolo: valido (coppia resistente bassa all’avvio).
b) Rotore avvolto con reostato oppure inverter/soft-starter; stella/triangolo non ideale.
c) Doppia gabbia o cave profonde oppure inverter (controllo coppia/spunto e stress termico).

4) Compatibilità di targa (vero/falso)

Su rete trifase 400 V, un motore 230/400 V (Δ/Y) può essere avviato stella/triangolo e poi lavorare a triangolo sulla stessa rete.

Soluzione: Falso. Un 230/400 V lavora a stella su 400 V.
Per lo stella/triangolo su 400 V serve un motore 400/690 V (Δ/Y).

5) Numerico – Corrente di spunto (triangolo vs. stella)

Un motore a gabbia assorbirebbe in inserzione diretta a triangolo una corrente di linea allo spunto di 450 A.
Quanto assorbirà, approssimativamente, in avviamento a stella?

Soluzione:
$I_{L,Y} \approx \tfrac{1}{3} I_{L,\Delta} \Rightarrow I_{L,Y} \approx \tfrac{450}{3} = 150\ \text{A}$ .

6) Monofase – Campo equivalente

Spiega in una riga perché l’avvolgimento ausiliario (con resistenza o condensatore) rende il motore monofase autoavviante.

Soluzione:
Lo sfasamento (≈90° con condensatore) fa sì che i due campi pulsanti equivalgano a un campo rotante che genera la coppia di spunto; raggiunta la velocità, l’ausiliario si disinserisce.

L’avviamento dei motori asincroni

L’avviamento dei motori asincroni

Avviamento dei motori con rotore avvolto (reostato rotorico)

Motori a gabbia: doppia gabbia e cave profonde

Doppia gabbia

Cave profonde (effetto pelle)

Avviamento stella/triangolo (motori a gabbia)

Funzionamento di un motore asincrono monofase

Quiz di verifica – Avviamento dei motori asincroni

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