Il motore a gabbia di scoiattolo è un motore elettrico a induzione, la cui parte rotante o rotore è costituito da un insieme di barre conduttive parallele alla direzione assiale e disposte 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 i più economici, durevoli e di minore manutenzione, perché privi di carboni, spazzole o collettori nel rotore, che non necessitano di essere collegati elettricamente a nessuna fonte di corrente esterna..
I primi motori rotativi a campo furono ideati indipendentemente tra il 1885 e il 1886 da due grandi geni dell'elettricità: Galileo Ferraris e Nikola Tesla. Questi motori erano i predecessori degli odierni motori a gabbia di scoiattolo..
Il motore a gabbia di scoiattolo è in corrente alternata, che può essere trifase, bifase o monofase. A seconda del tipo di alimentazione, il design può variare leggermente, ma il principio di funzionamento è sempre lo stesso..
Il principio di funzionamento si basa sulla generazione di un campo magnetico rotante al centro del motore, tramite un avvolgimento statico alla sua periferia, che viene alimentato con corrente alternata..
Detto 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 momento sul rotore..
La chiave del funzionamento è nella produzione di un campo magnetico rotante perpendicolare all'asse di rotazione. Questo campo rotante esercita una forza magnetica torsionale sulle barre longitudinali della gabbia quando scorre la corrente..
Per generare la corrente nelle barre conduttive parallele all'asse di rotazione della gabbia, non è necessaria una sorgente di corrente esterna, poiché il campo rotante stesso, per induzione magnetica, è in grado di indurre una corrente sulle barre della gabbia..
Finché c'è una differenza tra la velocità di rotazione del campo magnetico e la velocità di rotazione del rotore..
I motori a gabbia di scoiattolo possono essere trifase o monofase. Nel caso del motore trifase, cioè quello che funziona con corrente alternata trifase, ogni fase anticipa quella precedente di 120º, cioè un terzo di un periodo..
In ogni motore elettrico ci sono due parti:
Nello statore è presente un pacchetto di fogli scanalati e smaltati (per evitare correnti parassite o correnti parassite) e un'elevata permeabilità magnetica.
I cavi ricoperti di vernice isolante passano attraverso la scanalatura, formando almeno tre avvolgimenti o spire, sfasati di 120º. Le tre bobine sono alimentate con corrente alternata trifase e anche ciascuna fase è avanzata di 120 ° rispetto alla precedente..
Ad ogni istante la sovrapposizione dei campi magnetici dà 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 sempre perpendicolare all'asse di rotazione, ruota con una frequenza pari a quella della corrente alternata, generalmente compresa tra 50 e 60 Hz..
È costituito da due anelli conduttivi collegati da otto o più barre conduttive longitudinali, parallele all'asse di rotazione.
Per capire come il campo rotante produce coppia sulla gabbia, si può immaginare una gabbia minima, composta da due barre longitudinali diametralmente opposte..
Quando questa gabbia è originariamente a riposo e grazie alla forza elettromotrice, il campo rotante che la attraversa induce un movimento di carica in ogni barra. Tuttavia, poiché le barre sono cortocircuitate alle loro estremità da un anello conduttivo, viene stabilito un flusso di corrente tra le barre opposte..
D'altra parte, poiché le barre hanno movimento rispetto al campo dello statore, su di esse appare una forza di origine magnetica, nota come forza di Lorentz, che è perpendicolare al campo radiale dello statore e alla direzione della corrente in ciascuna bar..
Perché ci siano corrente e coppia sulle barre è necessario che abbiano movimento relativo rispetto al campo magnetico radiale prodotto nello statore..
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.
Pertanto, una coppia di forze opposte viene prodotta in ciascuna barra, che produce una coppia sulla gabbia semplificata, e allo stesso modo con gabbie con più di due barre..
Un miglioramento consiste nel posizionare la gabbia incorporata in una serie di dischi laminati e smaltati, realizzati in materiale ad alta permeabilità magnetica, come il ferro..
Lo scopo è 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 viene prodotta sul rotore..
L'esperienza ha dimostrato che se le aste della gabbia sono inclinate rispetto all'asse di rotazione, il motore funziona in modo più fluido con meno vibrazioni.
A un carico maggiore sul rotore, aumenta anche 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 producono quando il rotore è bloccato, motivo per cui il motore sovraccarico può subire surriscaldamenti e quindi danneggiare le vernici e gli smalti isolanti delle bobine e delle piastre che compongono i nuclei dello statore e rotore.
I motori trifase a gabbia di scoiattolo sono preferiti per le applicazioni industriali. Sono meno consigliate per usi domestici in cui si preferisce il motore asincrono monofase, perché la corrente trifase generalmente non raggiunge le abitazioni.
I motori a gabbia di scoiattolo sono preferiti per le pompe centrifughe.
Sono ideali anche in grandi torni e mulini, nonché in industrie in cui sono richiesti nastri trasportatori e soffianti..
Questi tipi di motori sono adatti per l'industria pesante degli stampi e della tranciatura della lamiera.
I motori a gabbia di scoiattolo presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di motori elettrici:
Tra i principali svantaggi si possono menzionare:
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