Per capire il funzionamento dei motori AC, è importante esaminare lo sviluppo dei campi magnetici rotanti. Questi campi magnetici seguono i fondamenti dell’elettromagnetismo per ruotare l’albero di un motore a corrente alternata.
Diamo un’occhiata più da vicino allo statore di un motore elettrico. Ricorda che la costruzione dello statore di un motore a corrente alternata è un cilindro cavo riempito con bobine di filo isolato.
Disposizione delle bobine dello statore
Utilizza il diagramma sottostante per vedere l’interazione tra le bobine dello statore. In questo esempio, ci sono 6 bobine (2 bobine per 3 fasi). Conosciute come “avvolgimenti del motore”, queste bobine operano a coppie e sono avvolte intorno al materiale del nucleo di ferro che costituisce lo statore.
Gli avvolgimenti del motore diventano ciascuno un elettromagnete separato. Le coppie di bobine hanno polarità opposte (un polo nord, un polo sud) a causa di come sono avvolte. Nello schema, supponiamo che la bobina A1 sia un polo nord e la sua coppia di bobine A2 sia un polo sud. Quando la corrente elettrica cambia direzione, la polarità dei poli cambierà.
ALIMENTAZIONE
Nello schema seguente, lo statore del motore è collegato a un’alimentazione trifase. Gli avvolgimenti del motore A1 e A2 sono collegati alla fase A dell’alimentazione. Immaginate anche che gli avvolgimenti B e C siano collegati rispettivamente alle fasi B e C dell’alimentazione.
Gli avvolgimenti del motore sono di solito separati di 120º. Il numero di volte che un avvolgimento del motore appare determina il numero di poli. Questo esempio mostra una seconda serie di avvolgimenti trifase. Ogni avvolgimento appare 2 volte, il che lo rende uno statore a 2 poli. Tuttavia, se ogni avvolgimento apparisse 4 volte sarebbe uno statore a 4 poli.
La corrente elettrica scorre attraverso gli avvolgimenti quando la tensione AC è applicata allo statore. La direzione del flusso di corrente che attraversa un avvolgimento del motore determina come si sviluppa il campo magnetico. Usa la tabella qui sotto come riferimento per i prossimi diagrammi. Mostreranno come si sviluppa un campo magnetico rotante. Secondo il grafico, supponiamo che un flusso di corrente elettrica positiva negli avvolgimenti del motore A1, B1 e C1 crei un polo nord.
Flusso di corrente iniziale
Per rendere più facile la visualizzazione di un campo magnetico, il diagramma sottostante mostra un momento iniziale in cui non scorre corrente in uno degli avvolgimenti. Osservare la linea di partenza:
- La fase A non ha flusso di corrente
- La fase B ha un flusso di corrente di direzione negativa (-)
- La fase C ha un flusso di corrente di direzione positiva (+)
Secondo lo schema sopra, B2 e C1 sono poli nord mentre B1 e C2 sono poli sud. Le linee di flusso magnetico partono dal polo nord B2 e arrivano a C2, il polo sud più vicino. Linee di flusso anche partire dal polo nord C1 e arrivano a B1, il suo polo sud più vicino. Come risultato, si crea un campo magnetico (come mostrato dalla freccia).
Tempo 1
Dal punto di partenza, monitoriamo il campo magnetico in segmenti di 60º. Quando il campo ruota di 60º al tempo 1:
- La fase C non ha flusso di corrente
- La fase A ha un flusso di corrente di direzione positiva (+)
- La fase B ha un flusso di corrente di direzione negativa (-)
Ora gli avvolgimenti A1 e B2 sono poli nord e gli avvolgimenti A2 e B1 sono poli sud.
Tempo 2
Al tempo 2, il campo magnetico ruota di altri 60º:
- La fase B ora non ha flusso di corrente
- La fase A mantiene un flusso di corrente in direzione positiva (+) (anche se sta diminuendo)
- La fase C ora ha un flusso di corrente in direzione negativa (-)
Perché il flusso di corrente ha cambiato direzione negli avvolgimenti della fase C (iniziato in direzione positiva, ma è passato alla direzione negativa entro il tempo 2), i poli magnetici hanno invertito la polarità (C1 polo nord e C2 polo sud sono diventati C1 polo sud e C2 polo nord).
360º di rotazione
Dopo sei segmenti di tempo di 60º, il campo magnetico avrà ruotato un giro completo di 360º. Usando un’alimentazione di 60 Hz, questo processo si ripeterà 60 volte al secondo.
VELOCITÀ SINCRONA
La velocità è importante per il campo magnetico rotante di un motore AC. È conosciuta come “velocità sincrona”. Questa velocità si calcola dividendo 120 volte la frequenza (F) per il numero di poli (P). Come esempio, la velocità sincrona per un motore a 2 poli funzionante a 60 Hz è di 3.600 RPM.
Come il numero di poli aumenta, la velocità sincrona diminuisce. Il grafico qui sotto illustra come un numero crescente di poli equivale a una quantità decrescente di velocità sincrona a 60 Hz.
Per saperne di più sui motori AC
Speriamo che questa guida sui campi magnetici rotanti ti abbia aiutato a capire meglio il funzionamento dei motori AC. Sintonizzatevi il mese prossimo per imparare come questo campo magnetico crea effettivamente la coppia e fa ruotare il carico.
Si prega di non dimenticare che il campo magnetico è un campo magnetico.