Qual è il metodo di controllo della velocità di un motore elettrico a slittamento?

Quando si tratta di motori elettrici a scorrimento, comprendere i metodi di controllo della velocità è fondamentale per ottimizzarne le prestazioni in varie applicazioni industriali. In qualità di fornitore di motori elettrici antiscivolo, sono esperto nei diversi modi per controllare la velocità di questi motori. In questo post del blog esplorerò le principali metodologie di controllo della velocità per i motori elettrici a slittamento, spiegherò come funzionano e ne discuterò i vantaggi e i limiti.

1. Controllo della resistenza del rotore

Uno dei metodi di controllo della velocità più comuni per i motori elettrici a slittamento è il controllo della resistenza del rotore. In un motore a induzione con collettori rotanti, il circuito del rotore è accessibile tramite collettori rotanti. Aggiungendo resistori esterni nel circuito del rotore, è possibile regolare la velocità del motore.

Come funziona

Quando viene inserita una resistenza aggiuntiva nel circuito del rotore, la corrente del rotore viene ridotta. Secondo la caratteristica coppia-velocità del motore a induzione, un aumento della resistenza del rotore sposta il punto di coppia massima a una velocità inferiore. Di conseguenza, per una determinata coppia di carico, il motore funziona a velocità ridotta.

Anche lo scorrimento, definito come la differenza tra la velocità sincrona e la velocità effettiva del rotore del motore, aumenta con l'aggiunta della resistenza del rotore. La relazione tra la coppia (T), la corrente del rotore (I_{2}) e ​​lo scorrimento (s) è complessa, ma generalmente, all'aumentare di (R_{2}) (resistenza del rotore), la velocità alla quale il motore può fornire una particolare coppia diminuisce.

Vantaggi

• Semplicità: Questo metodo è relativamente semplice da implementare. Richiede solo l'installazione di resistori esterni e un mezzo per inserirli e spegnerli nel circuito. Ciò lo rende una soluzione economicamente vantaggiosa per il controllo della velocità, soprattutto nelle applicazioni in cui non è richiesta un'ampia gamma di controllo della velocità.
• Buona coppia di spunto: Utilizzando un'elevata resistenza esterna durante l'avviamento, il motore può produrre un'elevata coppia di avviamento. Ciò è vantaggioso nelle applicazioni in cui il carico ha un'inerzia elevata, come frantoi e trasportatori.

Limitazioni

• Inefficienza energetica: La resistenza aggiuntiva nel circuito del rotore dissipa l'energia sotto forma di calore. Ciò porta a una minore efficienza complessiva del motore, soprattutto a velocità più basse dove viene inserita più resistenza.
• Gamma di velocità limitata: L'intervallo di controllo della velocità della resistenza del rotore è limitato. All’aumentare della resistenza, l’efficienza del motore diminuisce in modo significativo ed esiste un limite pratico a quanto è possibile ridurre la velocità.

2. Controllo della tensione dello statore

Un altro metodo per controllare la velocità di un motore elettrico a scorrimento consiste nel variare la tensione dello statore. Questo metodo si basa sul fatto che la coppia prodotta da un motore a induzione è proporzionale al quadrato della tensione dello statore.

Come funziona

Utilizzando un controller di tensione variabile, è possibile regolare la tensione applicata allo statore del motore. Quando la tensione dello statore viene ridotta, il campo magnetico nel motore viene indebolito. Ciò si traduce in una diminuzione della coppia prodotta dal motore. Per una coppia di carico costante, la velocità del motore diminuirà al diminuire della tensione dello statore.

La relazione tra la tensione dello statore (V_{1}), la coppia (T) e la velocità (n) può essere derivata dal circuito equivalente del motore a induzione. Al diminuire di (V_{1}), diminuisce anche la coppia massima (T_{max}) del motore e il motore funziona a una velocità inferiore per un dato carico.

Vantaggi

• Controllo fluido della velocità: Il controllo della tensione dello statore fornisce una regolazione della velocità relativamente fluida. Può essere utilizzato in applicazioni in cui è richiesta una velocità continua e variabile, come nei ventilatori e nelle pompe.
• Implementazione semplice: Le apparecchiature necessarie per il controllo della tensione statorica, come trasformatori a tensione variabile o regolatori di tensione a stato solido, sono relativamente semplici e facili da installare.

Limitazioni

• Gamma di velocità limitata: Similmente al controllo della resistenza del rotore, l'intervallo di controllo della velocità del controllo della tensione dello statore è limitato. A tensioni molto basse, il motore potrebbe non essere in grado di produrre una coppia sufficiente per azionare il carico e potrebbe bloccarsi.
• Maggiore scivolamento e riscaldamento: Al diminuire della tensione dello statore, lo scorrimento del motore aumenta. Ciò comporta un aumento del riscaldamento del rotore, che può ridurre la durata e l'efficienza del motore.

3. Controllo della frequenza variabile (VFC)

Il controllo della frequenza variabile è un metodo più avanzato ed efficiente per controllare la velocità dei motori elettrici a slittamento. Si basa sul principio che la velocità sincrona di un motore a induzione è direttamente proporzionale alla frequenza della tensione applicata.

Come funziona

Un convertitore di frequenza (VFD) viene utilizzato per variare la frequenza e la tensione della potenza fornita al motore. La velocità sincrona (n_{s}) di un motore a induzione è data dalla formula (n_{s}=\frac{120f}{p}), dove (f) è la frequenza della tensione di alimentazione e (p) è il numero di poli del motore.

Modificando la frequenza (f) utilizzando un VFD, è possibile regolare la velocità sincrona (n_{s}). La velocità del motore seguirà quindi la variazione della velocità sincrona, a condizione che la coppia di carico rientri nelle capacità del motore. Il VFD regola inoltre la tensione in proporzione alla frequenza per mantenere un flusso costante nel motore, contribuendo a prevenire il surriscaldamento e garantire un funzionamento efficiente.

Vantaggi

• Ampia gamma di velocità: Il controllo a frequenza variabile offre un'ampia gamma di controllo della velocità, da velocità molto basse alla velocità nominale del motore. Ciò lo rende adatto a una varietà di applicazioni, comprese quelle con requisiti di velocità impegnativi, come macchine utensili e robotica.
• Alta efficienza: Poiché il VFD regola la velocità del motore e il consumo energetico in base ai requisiti di carico, può migliorare significativamente l'efficienza energetica del motore. Ciò si traduce in costi operativi inferiori e in un consumo energetico ridotto.
• Controllo preciso della velocità: I VFD possono fornire un controllo preciso della velocità, con un elevato grado di precisione e ripetibilità. Ciò è essenziale nelle applicazioni in cui una velocità costante è fondamentale, come negli stabilimenti tessili e nelle macchine da stampa.

Limitazioni

• Costo iniziale elevato: Il costo di acquisto e installazione di un VFD è relativamente elevato rispetto ad altri metodi di controllo della velocità. Ciò include il costo dell'azionamento stesso, nonché i relativi dispositivi di controllo e protezione.
• Complessità: I VFD sono più complessi di altri dispositivi di controllo della velocità. Richiedono installazione, messa in servizio e manutenzione adeguate. Inoltre, le interferenze elettromagnetiche (EMI) generate dal VFD possono causare problemi in alcuni sistemi elettrici.

4. Collegamento in cascata

Il metodo di collegamento in cascata prevede il collegamento di due o più motori a induzione con collettori rotanti in una disposizione a cascata per ottenere il controllo della velocità.

Come funziona

In un collegamento in cascata, il rotore di un motore è collegato allo statore di un altro motore. La velocità del sistema combinato può essere regolata modificando il numero di poli di uno o entrambi i motori o utilizzando resistori esterni nei circuiti del rotore.

La velocità complessiva dei motori collegati in cascata è determinata dall'interazione tra i due motori. Modificando le caratteristiche elettriche dei motori, come la resistenza del rotore o il numero di poli, è possibile variare la velocità del sistema.

Vantaggi

• Flessibilità: Il collegamento in cascata fornisce un modo flessibile per controllare la velocità del sistema motore. Può essere utilizzato in applicazioni in cui è richiesto un intervallo di velocità specifico e dove altri metodi di controllo della velocità potrebbero non essere adatti.
• Elevata capacità di coppia: I motori collegati in cascata possono fornire una capacità di coppia maggiore rispetto a un motore singolo, il che è vantaggioso in applicazioni con carichi di coppia elevata.

Limitazioni

• Complessità: Il metodo di collegamento in cascata è relativamente complesso, sia in termini di collegamenti elettrici che di sistema di controllo. Richiede un'attenta progettazione e installazione per garantire il corretto funzionamento.
• Aumento delle dimensioni e dei costi: L'uso di più motori in un collegamento in cascata aumenta le dimensioni e il costo del sistema motore. Ciò potrebbe non essere pratico in alcune applicazioni in cui lo spazio e i costi sono limitati.

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Riferimenti

• Fitzgerald, AE, Kingsley, C. e Umans, SD (2003). Macchinari elettrici. McGraw-Hill.
• Chapman, SJ (2012). Fondamenti di macchine elettriche. McGraw-Hill.
• Nasar, SA e Boldea, I. (1996). Azionamenti elettrici: un approccio integrativo. Stampa CRC.