Motore a gabbia scoiattolo

Figura 1. Rappresentazione motoria schematica Squirrel Cage. Fonte: Wikimedia Commons.

Cos'è un motore a gabbia scoiattolo?

Il motore a gabbia scoiattolo è un motore elettrico a induzione, la cui parte rotante o rotore è costituita da una serie di barre conduttive parallele alla direzione assiale e disposti in forma cilindrica attorno all'asse.

Questa forma ricorda una gabbia come quelle usate per catturare gli scoiattoli nel vecchio West nordamericano, da cui il nome. Sono anche la manutenzione più economica, resistente e più piccola, per mancanza di carboni, spazzole o collezionisti nel rotore, che non è necessario connettersi elettricamente a nessuna fonte di corrente esterna.

I primi motori a campo rotante furono ideati tra il 1885 e il 1886 indipendentemente da due grandi geni elettrici: Galileo Ferraris e Nikola Tesla. Questi motori erano i predecessori degli attuali motori a gabbia scoiattolo.

Il motore a gabbia scoiattolo sta alternando la corrente, che può essere tre -fase, bifasico o monofase. Secondo il tipo di cibo, il design può variare un po ', ma il principio di funzionamento è sempre lo stesso.

Gabbia per scoiattoli funzionamento del motore

Il principio di funzionamento si basa sulla generazione di un campo magnetico rotante al centro del motore, da un avvolgimento statico nella sua periferia, che viene alimentato con corrente alternata.

Questo campo magnetico rotante induce correnti nelle barre che compongono la gabbia del rotore e queste correnti a loro volta producono un campo magnetico secondario che interagisce con il campo primario, producendo una coppia o un momento sul rotore.

La chiave per il funzionamento è nella produzione di un campo magnetico rotante perpendicolare all'asse di rotazione. Questo campo rotante esercita una forza di torsione magnetica sulle barre longitudinali della gabbia quando circola la corrente.

Per generare la corrente nelle barre conduttive parallele all'asse di rotazione della gabbia, non è richiesta una sorgente di corrente esterna, poiché il campo rotante stesso, mediante induzione magnetica, è in grado di indurre una corrente sulle barre della gabbia.

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Che fintanto che c'è una differenza tra la velocità di rotazione del campo magnetico e la velocità di rotazione del rotore.

Campo magnetico rotante in un motore a tre fasi

I motori a gabbia da scoiattolo possono essere a tre o monofase. Nel caso del motore a tre fasi, cioè quello che funziona con una corrente alternata di tre fasi, ogni fase avanza a quella precedente in 120º, vale a dire un terzo del periodo.

figura 2.- Animazione che mostra il campo magnetico rotante derivante dalla sovrapposizione dei singoli campi dei tre 120º obsoleti e alimentato a tre fasi. Fonte: Wikimedia Commons.

In ogni motore elettrico si distinguono due parti:

• Statore, La parte periferica del motore fissata rispetto al suo alloggio.
• Rotore, Parte di rotazione centrale del motore.

Nello statore c'è un pacchetto di fogli scanalati e smaltati (per evitare correnti parassita o foucault) e elevata permeabilità magnetica.

Le scanalature passano i cavi coperti con vernice isolante che formano almeno tre avvolgimenti o bobine, obsolete in 120º. Le tre bobine si nutrono con corrente alternata a tre fasi e ciascuna fase è anche avanzata in 120º rispetto a quella precedente.

In ogni momento la sovrapposizione dei campi magnetici fornisce un campo risultante perpendicolare all'asse di rotazione del motore. Col passare del tempo, il campo magnetico combinato delle tre bobine mantiene la sua ampiezza, ma la sua direzione è sempre perpendicolare all'asse di rotazione, ruota con una frequenza pari a quella della corrente alternata, di solito tra 50 e 60 Hz.

Rotore a gabbia scoiattolo

È costituito da due conduttori collegati da otto o più barre conduttive longitudinali, parallele all'asse di rotazione.

Figura 3. Rotore a gabbia scoiattolo. Fonte: Wikimedia Commons.

Coppia sul rotore

Per capire come il campo rotante produce la coppia sulla gabbia, puoi immaginare una gabbia minima, costituita da due barre longitudinali diametralmente opposte.

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Quando questa gabbia è originariamente a riposo e grazie alla forza elettromotrice, il campo rotante che la attraversa induce un movimento di carico in ciascuna barra. Tuttavia, poiché le barre sono cortometraggi alle loro estremità da un cerchio conduttivo, viene stabilita una circolazione corrente tra le barre opposte.

D'altra parte, poiché le barre hanno un movimento rispetto al campo dello statore, appare una forza di origine magnetica, nota come la forza di Lorentz, che è perpendicolare al campo radiale dello statore e alla direzione della corrente in ciascuno sbarra.

Affinché la corrente e la coppia sulle barre.

Pertanto la velocità di rotazione della gabbia è sempre inferiore a quella del campo magnetico. A causa di questa mancanza di sincronia tra il rotore e il campo, questo è un motore asincrono.

Vi sono quindi un paio di forze opposte in ogni barra, che produce una coppia sulla gabbia semplificata e allo stesso modo con gabbie di più di due barre.

Rotore del nucleo di ferro

Un miglioramento consiste nel collocare la gabbia incorporata in un set arrotolato e smaltato dischi, realizzati con materiale di permeabilità magnetico elevato, come il ferro.

Lo scopo è di moltiplicare l'intensità dei campi magnetici prodotti sia dallo statore che dal rotore stesso. È grazie all'interazione tra questi due campi che la coppia è prodotta sul rotore.

L'esperienza ha dimostrato che, se le barre della gabbia hanno un po 'di obliquità rispetto all'asse di rotazione, il motore ha un funzionamento più morbido con meno vibrazioni.

Un carico maggiore nel rotore, la velocità di scorrimento del rotore rispetto alla velocità di rotazione del campo magnetico dello statore. Pertanto, le correnti massime e le coppie massime si verificano quando il rotore è bloccato, motivo per cui il motore sovraccarico può subire il surriscaldamento e quindi danneggiare le vernici e gli smalti isolanti delle bobine e delle piastre che costituiscono i nuclei dello statore e del rotore.

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APPLICAZIONI MOTORE CAGE SQUIRREL

I motori a gabbia da scoiattolo a tre fasi sono preferiti per le applicazioni industriali. Sono meno raccomandati per gli usi domestici in cui è preferito il motore a fase singola asincrona, poiché la corrente a tre fasi generalmente non raggiunge le residenze.

Pompe centrifughe

I motori a gabbia scoiattolo sono preferiti per le pompe centrifughe.

Tornos e fresature

Sono anche ideali in grandi torni e fresatrici, nonché in settori in cui sono richiesti trasportatori e fasce che soffiano.

Taglia e troch di fogli 

Questi tipi di motori sono adatti per l'industria pesante di trocales e taglio di fogli metallici.

Vantaggi

I motori a gabbia da scoiattolo hanno numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di motori elettrici:

1. Nell'uguaglianza di potenza, i motori a gabbia scoiattolo sono più compatti e di peso più piccolo dei motori sincroni.
2. Sono completamente scalabili, cioè possono essere costruiti da piccoli a molto grandi.
3. La coppia o la coppia di rotazione dei motori a gabbia scoiattolo è generalmente superiore a quella di altri tipi di motori, molto appropriato per un uso pesante.
4. L'efficienza dei motori a gabbia da scoiattolo a tre fasi è maggiore del 70%. I motori a fase monofase asincrona hanno una prestazione inferiore, ma sempre più alti dei motori a corrente continua.
5. A causa dello sviluppo dell'elettronica di potenza, è possibile controllare la velocità di tali motori elettronicamente, variando la frequenza della corrente.

Svantaggi

Tra i principali svantaggi possono essere citati:

1. Al momento dell'avvio, i motori a induzione hanno una forte domanda di corrente, quindi non sono indicati per le applicazioni in cui il motore deve costantemente avviarsi e fermare, poiché significherebbe un sovraccarico nel sistema elettrico.
2. Anche quando l'elettronica di alimentazione è avanzata, la sua velocità di rotazione non è così controllabile come quella del passaggio dei motori.

Riferimenti

1. Macchine asincroni o di induzione. Recuperato da: Bibing.noi.È
2. Martínez J. Parti di un motore a induzione e il suo principio di funzionamento. Estratto da: Machineafers4.File.WordPress.com
3. Rosales J. Motori elettrici per l'industria. Estratto da: USMP.Edu.PE
4. Wikipedia. Cage scoiattolo. Recuperato da: è.Wikipedia.com
5. Wikipedia. Motore asincrono. Recuperato da: è.Wikipedia.com