Che cos’è un motore a induzione a rotore avvolto (ad anelli)?
Principio di funzionamento
Un motore a induzione a rotore avvolto ha lo stesso statore e lo stesso campo rotante di un motore a gabbia, ma il suo rotore porta un avvolgimento trifase i cui capi escono su tre anelli collettori sull’albero. Le spazzole di carbone strisciano sugli anelli e collegano il circuito rotorico a un banco di resistenze esterno. Il campo induce correnti nel rotore come in ogni motore a induzione; la differenza è che, a motore in marcia, si può inserire resistenza aggiuntiva nel rotore dall’esterno e poi toglierla.
Resistenza rotorica e curva di coppia
Aggiungere resistenza al circuito del rotore non cambia la coppia massima; sposta soltanto lo scorrimento al quale si verifica: più è grande la resistenza, più è alto quello scorrimento. La coppia di spunto aumenta finché il massimo cade a rotore fermo, mentre la corrente a rotore bloccato diminuisce perché l’impedenza del circuito rotorico cresce. Il motore a gabbia deve accettare la sua curva fissa, quello ad anelli unisce alta coppia di spunto e corrente di avviamento molto più bassa.
Avviamento a gradini e regolazione di velocità
Un reostato rotorico inserisce tutta la resistenza all’avviamento e la esclude a gradini mentre il motore accelera; ogni gradino porta il punto di lavoro su una curva più alta e la coppia resta elevata fino al cortocircuito del rotore. La stessa resistenza regola anche la velocità: a coppia di carico costante, più resistenza significa più scorrimento e meno giri. Il prezzo è la potenza di scorrimento: la frazione s della potenza al traferro persa nel rotore diventa calore nel resistore e il rendimento cala quasi come la velocità.
Dove si usa
I motori a rotore avvolto azionano carichi difficili da avviare: frantoi, mulini, argani, gru, nastri trasportatori e grandi pompe e ventilatori su reti deboli. Un’alta coppia di spunto con poca corrente si adatta ad accelerazioni lunghe e pesanti, e la regolazione a resistenza era comune sulle gru prima dell’elettronica di potenza. Oggi le macchine ad anelli compaiono anche come generatori a doppia alimentazione nelle turbine eoliche, mentre i motori a gabbia con inverter hanno sostituito molti altri azionamenti.
Domande frequenti
- Perché la resistenza rotorica aumenta la coppia di spunto di un motore a rotore avvolto?
- A rotore fermo la corrente rotorica è in ritardo rispetto alla tensione indotta a causa della reattanza di dispersione, quindi gran parte della corrente produce poca coppia. Una resistenza aggiuntiva mette la corrente più in fase, aumenta la coppia per ampere e limita la corrente. La coppia di spunto è massima quando la resistenza del rotore eguaglia circa la reattanza di dispersione; oltre, torna a scendere.
- La resistenza rotorica cambia la coppia massima?
- No. La coppia massima dipende dalla tensione di alimentazione e dalle reattanze di dispersione, non dalla resistenza del rotore. La resistenza cambia solo lo scorrimento in cui si ha il massimo e lo avvicina al rotore fermo man mano che cresce. Nel simulatore le curve mantengono la stessa altezza mentre i picchi si spostano verso velocità più basse.
- Perché la regolazione di velocità con resistenza rotorica è inefficiente?
- La potenza di scorrimento non viene recuperata: si dissipa in calore nel resistore esterno. Con il rotore a 1200 giri/min in un campo da 1500, circa il 20 % della potenza al traferro va persa lì; il rendimento cala quasi con la velocità e il banco di resistenze deve sopportare calore continuo. Per una regolazione prolungata si usano inverter o recupero della potenza di scorrimento.