Dimensionamento motore asicrono a n-fasi n-poli

[Seraviosper]

Buon giorno a tutti, pongo una domanda relativa al proporzionamento dei motori elettrici asincroni, sperando che sia la sezione corretta del forum.

Vorrei calcolare la potenza di un motore, partendo dalle dimensioni dello statore e del rotore. Normalmente non si trovano nei testi procedure inverse, perchè non sono consuete e spesso, quando ci sono, richiedono dati talvolta non facilmente reperibili.

La mia esigenza è di capire, in modo approssimativo quale è la potenza in watt che si può ottenere da uno statore e rotore privi dell'avvolgimento.

Per chiarezza dico anche che questo motore non è espressamente un trifase, ma ha un numero di fasi variabile, così come sono variabili i numeri di poli: n-fasi n-poli.

 

Qualche dato indicativo:

STATORE: Diametro esterno 157mm; Diametro interno 94,7mm; Altezza Hc del giogo 17mm; Altezza del pacco di lamierini 50mm. N° cave 48.

ROTORE: Diametro esterno 94,3mm; Foro albero 25mm; Altezza del pacco di lamierini 50mm; N° cave 40.

 

Grazie per l’attenzione

Cordiali saluti

[Livio Orsini]

Il fatto che sui testi non trovi nozioni su come compiere questa operazione di ingengneria inversa, dovrebbe già essere indicativo.

 

Io ti do un consiglio pratico.

Verifica su cataloghi dei costruttori quale è la potenza dichiarata, per i motori che hanno caratteristiche meccaniche dimensionali simili al tuo gruppo meccanico.

Tieni presente che il numero di poli influenza solo la coppia motrice e la velocità; dato che la potenza è data dal prodotto coppia per velocità, se raddoppi il numero dei poli, raddoppi la copiia motrice e dimezzi la velocità quindi la potenza rimane invariata.

Modificato: 8 novembre 2020 da Livio Orsini

[Seraviosper]

Sig. Livio, buona sera.

Quello che scrive è esattamente lo scopo del motore che stò realizzando.

Il problema qui è che si tratta di uno statore e rotore di un motore per lavatrice a due velocità, di quelli a 2/16 poli con doppio avvogimento. Di questo motore ho dei dati, ma mi sembrano anomali, perchè di targa scrive: 120W nella configurazione a 2 poli e 45W nella configurazione a 16 poli. possibile sia solo 165W totali? Non mi torna con il confronto con altri motori analoghi.

[Adolfo62]

Il quesito posto mia ha spinto a cercare tra i vecchi quaderni di quando....1000 anni fà frequentavo l'istituto professionale della mia citta per rivedere quello che ci aveva insegnato il vecchio professore di laboratorio macchine elettriche, faticando notevolmente a comprendere quello che avevo annotato al tempo ho trovato il seguente metodo valido per motore a singola velocità 3 fasi, lo riporto pari pari, perdonate eventuali castronerie o imprecisioni.

 

Dati Necessari:

Ds (Diametro interno statore in Cm)

Ls (Lunghezza pacco statore in Cm)

P   Numero poli

Bm Flusso Polo  valore variabile da 5000  a 10000 linee/cm 

 

Calcolo:

Ln = Ls*0,84     (Lunghezza netta x compensare isolante e spazzi tra lamelle)

Ap = (3,14 * Ds) / (P*2)      Arco circonferenza di ciascun polo

Sa = Ap * Ln        Non ho idea di che cosa significhi Sa

Fi = Bm*Sa

Potenza = Fi / 191930   (risultato in Hp)

 

Esempio con i dati di Saviosper:

Ds = 9,47 Cm

Ls = 5,0   Cm

Bm = 7500    valore intermedio tra 5000 e 10000

 

Ln = 5,0*0,84 = 4,2

Ap = (3,14 * 9,47) / (4 Poli * 2) = 3,716975

Sa = 3,716975 * 4,2 = 15,611295

Fi  = 7500 * 15,611295 = 117084,7125

HP = 117084,7125 / 191930 (costante) = 0,6100  HP

 

Prendetela cosi, ottenuta da un professore Praticone negli anni 70

 

[Seraviosper]

Carissimo Adolfo62, la tua risposta mi rinquora e mi fa pensare che tu abbia ragione, poco più di mezzo cavallo ci sta!

Sai c'è un fatto che pochi stanno valutando soprattutto in Europa, ma anche in altri paesi occidentali, per quanto riguarda la variazione di velocità dei motori asincroni: o la fanno col cambio dei poli e al massimo con due velocità, oppure gli mettono il più figo inverter (che poi si chiama "convertitore di frequenza") è vaiiiii fregandosene di tutto il resto!😆

 

In altri posti invece, come l'India o l'Africa, molti ricercatori stanno seriamnte lavorando ai motori a velocità variabile con potenza costante e a flusso pieno. Mi spiego meglio, se un motore è proporzionato per avere 10Hp a 2800 giri, ne da ancora 10 a 250 con le ovie conseguenze sulla coppia ottenibile, come diceva Livio.

Tutto ciò avviene grazie ad un particolare tipo di motore abbinato ad un convertitore di Frequenza/Fasi che cambia i poli durante la variazione di velocità, riuscendo a far apparire nel motore anche 10 configurazioni polari differenti durante la variazione di velocità. Questi motori vengono chiamati: Motori a Costituzione Sintetica dei Poli.

Questi sistemi diventeranno la base per i motori dei veicoli elettrici di prossima generazione dove verranno abboandonati i normali brushless a magneti permanenti o i rumorosi Riluttanza Commutata, costosissimi e poco potenti se posti a confronto, a favore degli asincroni con gabbia in rame, molto più economici e "Green" in quanto totalmente riciclabili e fatti con materiali non inquinanti.

Io mi sto dedicando a questa ricerca e il tuo aiuto è stato molto importante per proseguire con una parte del lavoro. Grazie 1000

In allegato foto dello statore di uno di questi motori a livello sperimentale e dimensionato a naso👃! Si notino i fili bianchi delle fasi (24)

 

[Adolfo62]

Interessante.

Agli inizi della mia carriera lavorativa ho fatto anche il riavvolgitore per qualche anno, e la materia piu o meno mi è rimasta familiare, sono in stetto contatto con un Parente/amico che ha una attivita di riparazione motori elettrici con il quale mi confronto e ci scambiamo esperienze al riguardo, non avevo mai sentito parlare di questa tipologia di motori elettrici, il funzionamento mi sembra molto "intrigante", non vedo l'ora di raccontare il tutto al mio amico di cui sopra, se ti và  aggiornaci sui tuoi test, e se posso essere utile nei limiti dei miei limiti sono ben contento di poterti aiutare.

[Livio Orsini]

12 ore fa, Seraviosper ha scritto:

ne da ancora 10 a 250 con le ovie conseguenze sulla coppia ottenibile, come diceva Livio.

 

Questo è normale con i motori cc a magneti pemanenti, dove sino ad un certa velocità il motore può erogare anche 10 volte la coppia nominale; poi, con il crescere della velocità la coppia diminuisce sino a raggiungere il valore nominale. Ovviamente assorbirà una corrente proporzionale alla coppia erogata, vista la corrispondenza biunivoca coppia-corrente data dalla costante di coppia-corrente.

 

Io non sono un "macchinista" quindi non ti so dire nulla riguardo a questi tipi di motori.

 

Forse se Sandro Calligaro, tra un impegno professionale e l'altro, leggessesse questa discussione potrebbe dare un parere più probante, vista la sua esperienza, anche teorica, sulle macchine rotanti.

Modificato: 9 novembre 2020 da Livio Orsini

[Seraviosper]

I motori di cui parlo possono funzionare solo se abbianati ad un particolare convertitore che è in grado di pilotare ogni singola bobina, accendendola e attivandola con un flusso di corrente caratterizzato dal profilo ed una fase che serve in quel momento, che a volte non è neppure una sinusoide.

lo scopo è di cambiare il numero dei poli e al contempo la frequenza, in modo da ottenere un'onda magneto motiva nel traferro che si muove alla velocità desiderata ma senza dover modificare la sola frequenza rendendo così minimale il fattore scalare Frequenza Tensione F/V che normalemente è ciò che fa ridurre le potenza e lascia la coppia costante.

La vera sfida di questi motori è però costituita dal controllo FOC e dall'eventuale DTC che si volesse mettere in atto per migliorare ancor di più le prestazioni, è veramente complesso da fare; ma questa parte sarà un passo successivo. Ora la prima sfida è realizzare esperimenti finalizzati all'applicabilità di questa tecnica limitandosi a pilotare le singole bobine.

Il convertitrore in fase di scostruzione.

 

Una curiosità: questa tecnica costruttiva dei motori, di cui sto parlando, in relatà è abbastanza vecchia, infatti risale addirittura all'epoca dei treni trifasi, Pirimi del '900 circa.

I motori di quei locomotori avevano 6 e 8 poli, realizzati con un avvolgimento unico ed erano con rotore avvolto, anch'esso con 6/8 poli. Dei gruppi di commutatori ricombinavano le varie bobine realizzando una configurazione trifase per 8 poli oppure una configurazione tetrafase per i 6 poli. Infatti sul locomotore era presente un trasformatore di Scott che convertiva le trifase in tertafase.

Come dico sempre: il futuro tecnologico vien dal passato!