Cambio velocità in piccoli motori asincroni monofase

[Leone2285]

In una discussione recente sul forum in cui si parlava di un motore di una cappa ci si chiedeva come fanno questi motori a cambiare velocità. Personalmente, non avendo trovato materiale sul web avevo fatto delle ipotesi sul funzionamento  ma non so se  sono corrette.

Avendo una cappa a disposizione ho fatto delle misure per capire meglio. Il motore dovrebbe essere un asincrono monofase con quattro fili di colore blu, bianco, rosso e nero. Il blu va diretto al motore e dovrebbe essere il comune mentre gli altri 3 vanno alla pulsantiera. Tra blu e bianco c'è una resistenza di 47ohm ed è la prima velocità, tra blu e rosso 39ohm seconda velocità, tra blu e nero 25ohm terza velocità. Tra bianco e rosso 8ohm, tra bianco e nero 22ohm e tra rosso e nero 14ohm quindi i numeri tornano. 

Con la prima velocità c'è un assorbimento di 0,5A, seconda velocità 0,7A, terza velocità 1A.

Essendo un unico avvolgimento alla fine io avevo ipotizzato uno scorrimento via via minore passando dalla prima alla terza velocità. 

Chiedo a voi se ciò che ho ipotizzato è una baggianata o è il reale funzionamento di questi motori. 

Modificato: 2 ore fa da Leone2285

[Livio Orsini]

41 minuti fa, Leone2285 ha scritto:

n una discussione recente sul forum in cui si parlava di un motore di una cappa ci si chiedeva come fanno questi motori a cambiare velocità.

 

Quando si tratta di ventilatori e di pompe centrifighe si sfrutta una particolarità di questi dispositivi.

Questi dispositivi hanno una coppia resistente che è proporzionale al quadrato della velocità.

Quando la loro velocità di rotazione è prossima allo zero anche la coppia resistente è prossima allo zero; il motore che li aziona, quindi, dovrà fornire la sola coppia necessaria a vincere gli attriti meccanici, praticamente è come se ruotasse a vuoto.

Crescendo la velocità la coppia richiesta cresce in modo quadratico.

 

Un motore asincrono, se è alimentato con la tensione nominale lavora a pieno flusso, quindi rende la sua coppia nominale.

Riducendo la tensione di alimentazione si riduce il flusso quindi si riduce, in modo proporzionale, anche la coppia erogabile.

 

Per regolare la velocità di un ventilatore, o di unampompa centrifuga, si riduce la tensione di alimentazione. In questo modo il motore ruoterà alla velocità in cui la coppia richiesta è uguale alla coppia erogabile.

 

La regolazione è efficace se la coppia (potenza) nominale del motore è uguale, o di poco superiore, a quella che richiede quando ruota alla velocità nominlae, velocità che deve essere uguale alla velocità nominale del motore.

 

Se si accoppia un motore in grado di erogare una coppia molto maggiore della coppia nominale del ventilatore, la regolazione diventa molto difficoltosa ed instabile.

 

41 minuti fa, Leone2285 ha scritto:

Chiedo a voi se ciò che ho ipotizzato è una baggianata o è il reale funzionamento di questi motori. 

 

Il principio di funzionamento l'ho descritto sopra.

Lo scorrimento non c'entra.

In pratica si effettua un controllo di coppia motrice.

 

Gli assorbimenti di corrente che hai rilevato, sono proprio la dimostrazione della variazione di coppia, visto che anche in un motore asincrono la corrente di armatura è proporzionale alla coppia erogata. Non c'è quella proporzionalità diretta e costante di un motore in corrente continua, ma c'è comunque un corrispondenza.

Modificato: 1 ora fa da Livio Orsini

[Leone2285]

Grazie Livio per la tua ottima spiegazione. Nei motori asincroni monofase sapevo che si poteva sfruttare la variazione del numero di poli o la frequenza per variare il numero di giri. 

Per cambiare la tensione ai capi dell'avvolgimento fanno una sorta di partitore resistivo? 

 

Modificato: 1 ora fa da Leone2285

[Livio Orsini]

38 minuti fa, Leone2285 ha scritto:

Nei motori asincroni monofase sapevo che si poteva sfruttare la variazione del numero di poli o la frequenza per variare il numero di giri. 

 

In tutti i motori in alternata la velocità è funzione della freqeunza e del numero di coppie polari.

Se il motore è sincrono la corrispondenza è esatta.

Un motore a 2 poli (1 coppia polare), alimentato a 50Hz, ha la velocità di sincronismo pari 3000 rpm, ovvero 50 rps (rivoluzioni per secondo).

Un motore a 4 poli (2 coppie polari), nelle medesime condizioni, avrà una velocità di sincronismo dimezzata, perchè sono necessari 2 periodi per avere una rotazione completa. Così un 8 poli, dove son necessari 4 periodi per compiere la rotazione, ruoterà con velocità 1/4 di quella di un 2 poli.

In un motore asincrono la velocità di rotazione è leggermente inferiore a quella di sincronismo, perchè si deve considerare lo scorrimento, che è una piccola percentuale. Ad esempio se lo scorrimento è pari al 5%, la velocità di rotazione sarà di 2850 rpm per un 2 poli.

Lo scorrimento non è costante ma, a parità di condizioni, è minore se la coppia erogata è minore della coppia nominale. Quando si raggiunge la coppia di stallo, ovvero il motore si blocca, lo scorrimento è pari al 100%.

 

Questo vale sia per i motori monofasi che per quelli trifasi.

 

Nelle vecchie lavatrici si usava un motore doppio per avere le due velocità: quella lenta per il lavaggio (12 poli ad esempio) e quella veloce per la centrifuga (2 poli, ad esempio).

 

Anche nei MAT si usavano motori con 2 differenti polarità per avere due differenti velocità. Con l'avvento dei degli inverter a frequenza variabile queste configurazioni hanno perso di interesse.

 

Per variare la tensione di alimentazione in modo continuo si usa un regolatore a triac con variazione della fase di innesco, dispositivi conosciuti come "dimmer".

Per variazioni a gradini, solitamente si usa una caduta di tensione capacitiva, ovvero si inseriscono in serie al motore condensantori. Il condensatore provoca una caduta di tensione di tipo reattivo, quindi non c'è dissipazione di potenza e quindi non c'è emissione di calore.

Esempio.

Se il motore, alla velocità desiderata, assorbe 1A, se per ottenere quella velocità bisogna alimentare a 180V nominali, ovvero far cadere 50V, bisognarà usare un condensatore la cui reattanza sia pari a 50 ohm

Xc = 1/(2*pi*f*C)  ==> C = 1/(Xc*2*pi*f) ==> 1/15700 ==> 63µF

Modificato: 27 minuti fa da Livio Orsini

[Leone2285]

Quella del partitore resistivo per cambiare velocità nei motori di un ventilatore è quella che poi viene usata? 

Se non ho capito male quello della cappa dovrebbe essere un asincrono a due poli. 

Anche ad orecchio si sente bene che il motore va nettamente meglio alla terza velocità anche considerando gli assorbimenti che non sono di molto superiori. Ciò anche considerando il fatto che la resistenza dell'aria come dicevi prima è proporzionale col quadrato della velocità e quindi il motore applica anche una coppia maggiore per mantenerla.

Precisamente cosa si intende per coppia nominale e perché si discosta dalla coppia realmente erogata?