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Il motore elettrico

Electricity Compressed Air Wiki Basic Theory

Per trasformare l'aria ambiente in aria compressa, occorre energia, fornita sotto forma di elettricità in quanto erogata da un motore elettrico. I motori elettrici più comuni sono quelli trifase a induzione a gabbia di scoiattolo. Questa tipologia di motori trova impiego in ogni sorta di applicazioni industriali, in quanto è silenziosa e affidabile, ed è quindi presente nella maggior parte dei sistemi, inclusi i compressori.

Quali sono i principali componenti dei motori elettrici?

motore elettrico

I motori elettrici sono costituiti da due elementi principali, uno fermo, detto statore, e uno che ruota, detto rotore. Lo statore genera un campo magnetico rotante, e il rotore converte tale energia in un movimento, cioè in energia meccanica. Lo statore è collegato alla rete di alimentazione trifase. La corrente che fluisce negli avvolgimenti dello statore dà origine a un campo magnetico rotante che induce delle correnti nel rotore, generando anche in quest'ultimo un campo magnetico. L'interazione fra i campi magnetici dello statore e del rotore crea una coppia di rotazione che fa a sua volta ruotare l'albero del rotore.

Velocità di rotazione

formula per la velocità di rotazione sincrona in giri/min, la frequenza di alimentazione del motore e il numero di poli per fase

Se l'albero di un motore a induzione ruotasse alla stessa velocità del campo magnetico, la corrente indotta nel rotore sarebbe pari a zero. A causa di varie perdite, ad esempio nei cuscinetti, ciò risulta tuttavia impossibile, e la velocità è sempre inferiore dell'1 - 5% circa rispetto a quella sincrona con il campo magnetico (un fenomeno detto "scorrimento") (i motori con magneti permanenti non producono alcuno scorrimento).

Efficienza

formula per l'efficienza di conversione dell'energia, la potenza dichiarata, la potenza all'albero e la potenza elettrica applicata, in W

Alla conversione dell'energia in un motore elettrico è associato un certo livello di inefficienza derivante fra l'altro dalle perdite resistive, di ventilazione, di magnetizzazione e per attrito.

Classe di isolamento

I materiali di isolamento degli avvolgimenti dei motori elettrici sono suddivisi in classi conformemente alla norma IEC 60085, pubblicata dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale. Ciascuna classe è designata da una lettera che corrisponde alla temperatura limite superiore per l'area di applicazione dell'isolamento. Se tale limite viene superato di 10 °C per un periodo di tempo continuo e prolungato, la vita di esercizio dell'isolamento si riduce circa della metà.

Classe di isolamento

B

F

H

Temp. max. degli avvolgimenti, °C

130

155

180

Temperatura ambiente, °C

40

40

40

Aumento di temperatura, °C

80

105

125

Margine termico, °C

10

10

15

Classi di protezione

Le classi di protezione a norma IEC 60034-5 specificano il modo in cui i motori elettrici sono protetti dall'acqua e dal contatto. Tali classi sono designate con le lettere IP e due cifre, la prima delle quali indica la protezione dal contatto e dalla penetrazione ad opera di oggetti solidi, mentre la seconda quella contro l'acqua.

La sigla IP23 indica ad esempio la protezione contro gli oggetti solidi di dimensioni superiori a 12 mm (2) e contro gli spruzzi d'acqua diretti ad angoli fino a 60° rispetto alla verticale (3). La sigla IP54 indica la protezione contro la polvere (5) e contro gli spruzzi d'acqua provenienti da tutte le direzioni (4). La sigla IP55 indica la protezione contro la polvere (5) e contro i getti d'acqua a bassa pressione provenienti da tutte le direzioni (5).

Metodi di raffreddamento

Le indicazioni a norma IEC 60034-6 relative ai metodi di raffreddamento indicano il modo in cui sono raffreddati i motori elettrici. Tali indicazioni vengono fornite mediante le lettere IC seguite da una serie di cifre che rappresentano la tipologia di raffreddamento (senza ventilazione, autoventilato e forzato) e la modalità di raffreddamento durante il funzionamento (raffreddamento interno, superficiale, a circuito chiuso, a liquido e così via).

Metodo di installazione

metodo di installazione

L'indicazione a norma IEC 60034-7 del metodo di installazione specifica il modo in cui deve essere installato un motore elettrico. Tale indicazione viene fornita mediante le lettere IM e quattro cifre. La sigla IM 1001 indica ad esempio la presenza di due cuscinetti, un albero con un'estremità libera dotata di zona supportata e un corpo statore munito di piedini. La sigla IM 3001 indica la presenza di due cuscinetti, un albero con un'estremità libera dotata di zona supportata, un corpo statore privo di piedini e una flangia di grandi dimensioni con fori di fissaggio semplici.

L'indicazione a norma IEC 60034-7 del metodo di installazione specifica il modo in cui deve essere installato un motore elettrico. Tale indicazione viene fornita mediante le lettere IM e quattro cifre. La sigla IM 1001 indica ad esempio la presenza di due cuscinetti, un albero con un'estremità libera dotata di zona supportata e un corpo statore munito di piedini. La sigla IM 3001 indica la presenza di due cuscinetti, un albero con un'estremità libera dotata di zona supportata, un corpo statore privo di piedini e una flangia di grandi dimensioni con fori di fissaggio semplici.

Che cosa sono i collegamenti a stella e a triangolo?

Il collegamento dei motori elettrici trifase può essere effettuato in due modi, vale a dire a stella (Y) o a triangolo (Δ). Le fasi degli avvolgimenti dei motori trifase sono contrassegnate con le lettere U, V e W (U1-U2; V1-V2; W1-W2). Le norme in vigore negli Stati Uniti fanno riferimento alle sigle T1, T2, T3, T4, T5 e T6. In caso di collegamento a stella (Y), le "estremità" delle fasi degli avvolgimenti del motore vengono unite fra loro per formare un punto zero con l'aspetto di una stella (Y).

Ai capi degli avvolgimenti è presente una tensione di fase (= tensione principale/√3, ad esempio 400 V = 690/√3). La corrente Ih diretta verso il punto zero diventa una corrente di fase e attraverso gli avvolgimenti fluisce pertanto una corrente di fase If = Ih. In caso di collegamento a triangolo (Δ), i punti iniziali e finali delle varie fasi vengono uniti, formando in tal modo un triangolo (Δ). Ai capi degli avvolgimenti è pertanto presente una tensione principale. La corrente Ih in ingresso nel motore è la corrente principale e viene suddivisa fra gli avvolgimenti in modo che nei medesimi fluisca una corrente di fase If = Ih/√3.

È possibile collegare lo stesso motore a una tensione di 690 V tramite un collegamento a stella o a una tensione di 400 V utilizzando un collegamento a triangolo. In entrambi i casi, la tensione presente fra i capi degli avvolgimenti è pari a 400 V. La corrente diretta al motore in presenza di un collegamento a stella a 690 V è minore di quella che si ha con un collegamento a triangolo a 400 V. La relazione fra i livelli di corrente coinvolge il fattore √3. Sulla targhetta di un motore elettrico può ad esempio essere riportata l'indicazione 690/400 V. In tal caso, il collegamento a stella è destinato alla tensione maggiore e quello a triangolo alla tensione minore. È possibile che sulla targhetta sia indicata anche la corrente, nel qual caso il valore minore si riferisce al collegamento a stella del motore elettrico e quello maggiore al collegamento a triangolo.

Che cos'è la coppia?

La coppia di rotazione dei motori elettrici esprime la capacità del rotore di ruotare. Ogni motore è caratterizzato da una coppia massima. Eventuali carichi superiori a tale valore impediscono al motore di ruotare. In presenza di un carico normale, i motori elettrici funzionano a un livello nettamente inferiore alla loro coppia massima, ma la sequenza di avviamento comporta un carico aggiuntivo. Le caratteristiche dei motori elettrici vengono di solito presentate sotto forma di una curva di coppia.

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