Come leggere la targa di un motore elettrico
La targa di un motore riporta la potenza nominale all'albero, la tensione, la corrente, la frequenza, la velocità, il fattore di potenza (cos φ), la classe di rendimento, il tipo di servizio, la classe di isolamento, il grado di protezione e la grandezza della carcassa. Da frequenza e giri/min si ricavano il numero di poli e lo scorrimento, e da potenza e giri/min la coppia nominale, T = 9550 × P / n in N·m con P in kW.
A che cosa serve la targa
La targa è l'etichetta dei dati nominali del motore, definita per le macchine IEC nella norma IEC 60034-1. Ogni valore è un valore nominale: la condizione in cui il costruttore garantisce che il motore funzioni in modo continuo senza surriscaldarsi. Il motore non è limitato a quei valori, ma caricarlo oltre ne accorcia la vita.
Una tipica targa IEC per un motore trifase riporta:
- 3~ Mot. 4 kW, Δ/Y 230/400 V, 14,2/8,2 A
- 50 Hz, 1440 min⁻¹, cos φ 0,82
- IE3, η 86,6 %, S1
- Cl. isol. F, IP55, 1,15 SF, IEC 112M
Ciascun dato è spiegato di seguito.
Potenza, tensione, corrente e frequenza
La potenza nominale è la potenza meccanica all'albero, non la potenza elettrica assorbita dalla rete. Si indica in kW nei paesi IEC e in cavalli vapore (HP) in Nord America. Un HP vale circa 746 W, quindi 4 kW sono circa 5,4 HP.
Tensione e corrente nominali vanno in coppia. Due valori separati da una barra, come 230/400 V e 14,2/8,2 A, appartengono rispettivamente al collegamento a triangolo e a quello a stella (vedi la guida sul collegamento stella-triangolo). La corrente è sempre una corrente di linea, e la tensione una tensione concatenata.
La frequenza nominale è quella di alimentazione per cui il motore è avvolto, 50 Hz o 60 Hz. Un motore può spesso funzionare all'altra frequenza se la tensione viene cambiata in proporzione, ma cambiano la velocità e, per ventilatori e pompe, il carico.
L'equivalente monofase è semplice: una tensione, per esempio 230 V, e una corrente. La potenza all'albero è allora limitata da V × I × η × cos φ.
Velocità, poli e scorrimento
La targa riporta la velocità a pieno carico, in giri/min o min⁻¹. È sempre un po' inferiore alla velocità di sincronismo, N_s = 120 × f / p, quindi la targa indica anche il numero di poli: la velocità di sincronismo è il valore standard appena sopra la velocità nominale.
- 2 poli: 3000 giri/min a 50 Hz, velocità di targa circa 2850–2950
- 4 poli: 1500 giri/min, velocità di targa circa 1400–1480
- 6 poli: 1000 giri/min, velocità di targa circa 920–980
- 8 poli: 750 giri/min, velocità di targa circa 690–740
Lo scorrimento nominale segue dalla velocità di targa:
s = (N_s − N) / N_s
Un motore a 1440 giri/min a 50 Hz ha N_s = 1500 giri/min e s = 4 %. Maggiori dettagli sono nella guida sullo scorrimento.
Fattore di potenza e rendimento
Il cos φ è il fattore di potenza al carico nominale, tipicamente da 0,8 a 0,9 per i motori di media taglia. È più basso a carico parziale perché la corrente magnetizzante resta quasi costante.
Il rendimento η è il rapporto tra potenza all'albero e potenza elettrica assorbita al carico nominale. Secondo la IEC 60034-30-1 le classi di rendimento sono IE1 (standard), IE2 (alto), IE3 (premium) e IE4 (super premium). Nell'UE, IE3 è il minimo per la maggior parte dei nuovi motori trifase da 0,75 kW in su (con classi più alte richieste per alcune potenze maggiori).
La potenza elettrica assorbita segue dalla targa:
P_in = √3 × V × I × cos φ
e la potenza all'albero è P_out = η × P_in. Verifica la coerenza della targa: η × √3 × V × I × cos φ deve risultare vicino alla potenza nominale.
Servizio, isolamento, protezione, carcassa e fattore di servizio
- Il servizio S1 indica il funzionamento continuo al carico nominale fino all'equilibrio termico. S2 è il servizio di durata limitata e S3 è il servizio intermittente con un dato ciclo di lavoro, per esempio S3 40 %. Un motore non marcato S1 può surriscaldarsi se fatto funzionare in continuo.
- La classe di isolamento è la massima temperatura dell'avvolgimento che l'isolante tollera: la classe B è 130 °C, la classe F è 155 °C e la classe H è 180 °C. La maggior parte dei motori moderni è in classe F con un aumento di temperatura limitato alla classe B, il che lascia una riserva termica.
- Il codice IP, come IP55, è la protezione dell'involucro. La prima cifra indica la protezione dalla polvere (5 significa protetto dalla polvere) e la seconda la protezione dall'acqua (5 significa getti d'acqua, 4 spruzzi, 6 getti potenti).
- Il fattore di servizio (SF) è il sovraccarico continuo che il motore può sopportare. SF 1,15 significa che il motore può portare fino al 115 % della potenza nominale in modo continuo nelle condizioni indicate (alimentazione, temperatura ambiente), con una riserva termica minore. La maggior parte dei motori IEC non riporta il fattore di servizio, il che significa 1,0.
- La grandezza della carcassa, come IEC 112M, indica l'altezza d'asse in mm (112 mm) e la lunghezza dell'ingombro (S, M o L). Determina le dimensioni di montaggio, quindi un motore sostitutivo della stessa carcassa si fissa nello stesso punto.
Esempio svolto
Targa: 4 kW, 400 V (stella), 8,2 A, 50 Hz, 1440 giri/min, cos φ 0,82, rendimento 86,6 %.
1. Poli: la velocità di sincronismo appena sopra 1440 giri/min è 1500 giri/min, quindi p = 120 × 50 / 1500 = 4 poli. 2. Scorrimento: s = (1500 − 1440) / 1500 = 4 %. 3. Potenza assorbita: P_in = √3 × 400 × 8,2 × 0,82 ≈ 4,66 kW. La potenza all'albero è 0,866 × 4,66 ≈ 4,0 kW, in accordo con la targa. 4. Perdite: 4,66 − 4,00 ≈ 0,66 kW, dissipate come calore. 5. Coppia nominale: T = 9550 × P / n = 9550 × 4 / 1440 ≈ 26,5 N·m.
La costante 9550 deriva da T = P / ω con ω = 2π × n / 60, che dà 60 000 / (2π) ≈ 9549 quando P è in kW. Coppia massima e coppia di spunto sono date nei cataloghi come multipli di questa coppia nominale.
Provalo nei simulatori dei motori a induzione
Nel simulatore del motore a induzione trifase i sei campi di targa Potenza nominale, Tensione nominale, Corrente nominale, Frequenza nominale, Velocità nominale e Conteggio dei poli sono modificabili. I valori predefiniti sono 4 kW, 400 V, 8,2 A, 50 Hz, 1440 giri/min e 4 poli. Il motore 3D porta una targa con i valori di potenza, tensione, corrente, frequenza e velocità.
- Cambia il Conteggio dei poli in 2, 6 e 8 e osserva la lettura Velocità sincrona: 3000, 1000 e 750 giri/min. Imposta la Velocità nominale in modo coerente con ogni numero di poli (per esempio 2850, 960 e 720 giri/min), perché la velocità nominale deve restare sotto la velocità di sincronismo.
- Con la Velocità nominale predefinita di 1440 giri/min, imposta il Carico meccanico al 100 % e leggi Scorrimento, Rendimento e Fattore di potenza. Confrontali con il tuo calcolo a mano. Il simulatore stima rendimento e fattore di potenza dal suo modello, quindi non coincideranno esattamente con l'esempio qui sopra.
- Al 100 % di carico confronta la lettura Coppia motore con 9550 × P / n, usando la Potenza resa (in kW) e la Velocità del rotore mostrate nel simulatore.
Il simulatore del motore a induzione monofase usa un motore predefinito da 0,75 kW, 230 V, 5,2 A, 1400 giri/min, a quattro poli. La sua targa dà 750 W all'albero da 230 × 5,2 = 1196 VA, quindi rendimento × fattore di potenza può essere al massimo 0,63.
Provalo nel simulatore
Domande frequenti
- Come si ricava il numero di poli da una targa?
- Si confronta la velocità nominale con le velocità di sincronismo standard per la frequenza. A 50 Hz queste sono 3000, 1500, 1000 e 750 giri/min per 2, 4, 6 e 8 poli. Una velocità di targa di 1440 giri/min è appena sotto 1500, quindi il motore ha 4 poli.
- La potenza in targa è quella assorbita o quella resa?
- È la potenza resa (all'albero). La potenza elettrica assorbita è più alta di quella resa per le perdite, P_in = P_out / η.
- Come si convertono i kW in HP su un motore?
- 1 kW vale circa 1,34 HP e 1 HP vale circa 746 W (l'HP meccanico è 745,7 W). Un motore da 4 kW è circa 5,4 HP.
- Che cosa significa la formula della coppia T = 9550 × P / n?
- È T = P / ω in unità pratiche: coppia in N·m, potenza P in kW e velocità n in giri/min. La costante è 60 000 / (2π) ≈ 9549.
- Che cosa significa IP55?
- La prima cifra 5 indica che il motore è protetto contro i depositi dannosi di polvere e la seconda cifra 5 che è protetto contro getti d'acqua da qualsiasi direzione. IP55 è il grado usuale per i motori industriali.
- Posso far funzionare un motore oltre la sua potenza nominale?
- Per breve tempo sì, se il fattore di servizio lo consente, ma il funzionamento continuo oltre il carico nominale alza la temperatura dell'avvolgimento e accorcia la vita dell'isolamento. Come regola pratica, la vita dell'isolamento si dimezza circa per ogni 10 °C di temperatura in più.