Principio di funzionamento di un motore sincrono

Struttura ed eccitazione dei motori sincroni

Il motore sincrono è composto da due componenti principali: lo statore (parte fissa) e il rotore (parte mobile). Lo statore viene alimentato da una fornitura trifase in corrente alternata, mentre il rotore viene eccitato da una fornitura in corrente continua.

Principio di eccitazione:
L'eccitazione si riferisce al processo di induzione di campi magnetici nello statore e nel rotore, trasformandoli in elettromagneti. Questo accoppiamento magnetico è essenziale per convertire l'energia elettrica in rotazione meccanica.

Generazione del campo magnetico nei motori sincroni

La fornitura trifase in corrente alternata induce poli nord e sud alternati nello statore. Poiché la fornitura è sinusoidale, la polarità della sua onda (positiva/negativa) si inverte ogni mezzo ciclo, causando l'alternanza dei poli nord e sud dello statore. Questo genera un campo magnetico rotante nello statore.

Il campo magnetico del rotore è stabilito da una fornitura in corrente continua, che fissa la polarità e crea un campo magnetico stazionario, ovvero i suoi poli nord e sud rimangono costanti.

La velocità rotazionale del campo magnetico dello statore è chiamata velocità sincrona, determinata dalla frequenza di fornitura e dal numero di poli del motore.

Interazione tra i poli magnetici nei motori sincroni

Quando i poli opposti dello statore e del rotore si allineano, si genera una forza attrattiva tra di loro, producendo una coppia controrotante. La coppia, come equivalente rotazionale della forza, spinge il rotore a seguire i poli magnetici dello statore.

Dopo ogni mezzo ciclo, la polarità dei poli dello statore si inverte. Tuttavia, l'inerzia del rotore, ovvero la sua tendenza a resistere ai cambiamenti di moto, mantiene la sua posizione. Quando i poli simili (nord-nord o sud-sud) si allineano, una forza repulsiva crea una coppia oraria.

Per visualizzare questo, consideriamo un motore a 2 poli: nella figura sottostante, i poli opposti statore-rotore (N-S o S-N) inducono forze attrattive, come mostrato.

Dopo il mezzo ciclo, i poli sullo statore si invertono. Lo stesso polo dello statore e del rotore si fronteggiano, e si sviluppa una forza di repulsione tra di loro.

La coppia non unidirezionale fa pulsare il rotore solo in un punto e per questo motivo il motore sincrono non è autostartante.

Meccanismo di avviamento dei motori sincroni

Per iniziare l'operazione, il rotore viene prima fatto ruotare da un dispositivo di avviamento esterno, allineando la sua polarità con il campo magnetico rotante dello statore. Mentre i poli dello statore e del rotore si intersecano, viene generata una coppia unidirezionale, che trascina il rotore a ruotare alla velocità sincrona del campo dello statore.

Una volta sincronizzato, il motore gira a una velocità costante uguale alla velocità sincrona, che è fissata dalla frequenza di fornitura e dal numero di poli.