Altri modi di funzionamento della macchina asincrona

Il funzionamento come motore della macchina è delimitato dal tratto di circonferenza che va dal punto Po (motore a vuoto) al punto Pc (motore a rotore bloccato) ed è stato ampiamente discusso. Si ricorda solo che, assumendo positive la potenza elettrica P_EL entrante nella macchina e la potenza meccanica P_ME uscente dalla macchina, tali potenze nel funzionamento come motore sono entrambe positive. Inoltre la coppia elettromagnetica generata C_M è anch'essa positiva, perché concorde col verso di rotazione del campo rotante. Sul diagramma P_EL è rappresentata dal segmento P₁__A₁ , P_ME dal segmento P₁__D₁ , C_M dal segmento P₁__E₁. Riassumendo:

0 £ s £ 1 , P_EL > 0 , P_ME > 0 , C_M > 0

Il funzionamento come freno della macchina si ha quando il rotore è portato in rotazione con verso opposto a quello del campo rotante e, perciò, con scorrimento s > 1 , a tale funzionamento corrisponde sul diagramma il tratto tra i punti Pc e P¥. Si nota che la macchina continua ad assorbire potenza elettrica dalla rete essendo il segmento P₂__A₂ ancora al di sopra della retta delle potenze elettriche, ma contemporaneamente essa assorbe anche potenza meccanica dall'albero essendo il segmento P₂__D₂ al di sotto della retta delle potenze meccaniche. La coppia elettromagnetica continua ad essere positiva, cioè favorevole al verso di rotazione del campo rotante ma opposta al verso di rotazione del rotore e, quindi, agisce da coppia frenante; il segmento che la rappresenta è P₂__E₂ ancora al di sopra della retta delle coppie. Entrambe le potenze, elettrica e meccanica, essendo assorbite dalla macchina, saranno dissipate al suo interno per effetto Joule. Questo funzionamento viene applicato per arrestare il moto di un motore già in funzione, basta scambiare rapidamente fra loro due fili di alimentazione in modo da invertire il senso di rotazione del campo rotante, si parla di frenatura in controcorrente. Naturalmente, per evitare che il motore prenda a girare in senso opposto dopo essersi arrestato, bisognerà distaccare l'alimentazione quando la frenatura è completata. Riassumendo:

s > 1 , P_EL > 0 , P_ME < 0 , C_M > 0

Il funzionamento come generatore della macchina asincrona corrisponde, sul diagramma circolare, al tratto Po__P¥ che sta al di sotto della retta delle coppie. Perché la macchina si trovi in tale stato è necessario che sia allacciata ad una rete in grado di fornire la potenza reattiva necessaria a sostenere il campo magnetico rotante e la potenza reattiva impegnata dalle reattanze di dispersione e che il rotore venga trascinato da un motore esterno (ad esempio una turbina) nello stesso senso del campo rotante, ma ad una velocità n₂ > n₁, così che lo scorrimento sia negativo. In tale modo di funzionamento risulta facile verificare che è s < 0 , P_EL < 0 , P_ME < 0 , C_M < 0 , ovvero la potenza elettrica è erogata verso la rete, la potenza meccanica è assorbita dall'albero e la coppia elettromagnetica agisce nel senso contrario al campo rotante ed al senso di rotazione del rotore e, quindi, è una coppia frenante. Sul diagramma, P_EL corrisponde a P₃__A₃ , P_ME corrisponde a P₃__D₃ , C_M corrisponde a P₃__E₃ Si osserva che la parte di diagramma circolare cui corrisponde una effettiva erogazione di potenza attiva è solo quella sottostante l'ascissa, infatti solo per tale tratto risulta essere ovvero la potenza elettrica è erogata e non assorbita. Si deve ancora osservare che dell'intero tratto di diagramma circolare possibile, ci si limita ad utilizzare quello cui corrisponde il tratto stabile della caratteristica meccanica (anzi, in maniera ancor più restrittiva, quello limitato dal punto di intersezione di sinistra con l'ascissa e dal punto di massima potenza elettrica che è quello di minima ordinata). Per finire ricordiamo che i generatori asincroni trovano impiego nelle centrali ausiliarie o nelle centrali di cogenerazione funzionanti in parallelo con le centrali base equipaggiate con generatori sincroni (alternatori) che devono fornire la potenza reattiva necessaria all'asincrono.

Si può inoltre avere il generatore asincrono in funzionamento isolato. In tal caso, non essendo disponibile una rete tenuta in tensione da alternatori che possano fornire la corrente magnetizzante necessaria agli avvolgimenti statorici per sostenere il campo rotante, è necessario collegare ai morsetti statorici una batteria trifase di condensatori secondo lo schema sotto riportato:

L’avviamento deve avvenire col carico staccato, ovvero a vuoto. Nel momento in cui si pone in rotazione il rotore del generatore sincrono (mediante il motore esterno), il leggero magnetismo residuo del ferro rotorico genera una piccola f.e.m. negli avvolgimenti statorici (come se si trattasse di un alternatore) e quindi genera una tensione d’uscita sufficiente a produrre una piccola corrente capacitiva verso i condensatori. L’erogazione di corrente capacitiva è del tutto equivalente all’assorbimento della corrente magnetizzante induttiva con la quale viene sostenuto il campo rotante e con ciò si rafforza l’induzione al traferro. L’aumento dell’induzione al traferro comporta l’aumento della tensione d’uscita e della corrente capacitiva erogata e con questo l’aumento ulteriore dell’intensità dell’induzione al traferro: in pochi secondi si raggiunge la saturazione della macchina e si stabilizza la tensione d’uscita di normale funzionamento col campo rotante sostenuto dalla corrente capacitiva erogata verso la batteria di condensatori, si parla quindi di autoeccitazione. Conclusosi l’avviamento del generatore asincrono, applicando un carico mediante la chiusura dell’apposito interruttore, potrà avere inizio l’erogazione di potenza attiva (dalla velocità del rotore dipenderà la frequenza della tensione generata).

In caso di corto circuito o di forte sovraccarico si ha la rapida smagnetizzazione della macchina che comporta la cancellazione del magnetismo residuo e l’impossibilità di dare luogo alla autoeccitazione nella successiva manovra di riavvio. Bisogna quindi provvedere a ripristinare il magnetismo residuo e questo si realizza inviando per un breve tempo una opportuna corrente continua negli avvolgimenti di statore.

La presenza dei condensatori può dar luogo a fenomeni di risonanza (visto la natura induttiva dei circuiti statorici del generatore asincrono) con conseguenti possibili sovratensioni che devono essere opportunamente limitate e smorzate.

Una situazione analoga a quella sopra descritta si può presentare nel caso di un motore asincrono trifase munito di una batteria di condensatori di rifasamento permanentemente inserita. Infatti quando viene tolta la tensione di alimentazione per arrestarne la marcia può accadere che durante la fase transitoria dell’arresto la macchina si autoecciti e passi quindi a funzionare come generatore a causa dell’inerzia meccanica del sistema rotore-carico. Se ciò accade si determinano pericolose sovratensioni nella fase iniziale del transitorio.

Infine la macchina asincrona può essere impiegata anche diversamente dal motore o dal generatore. Tali impieghi possono essere quelli dello sfasatore, del regolatore di tensione, del convertitore di frequenza. Il livello della trattazione da noi fatta esclude di prendere in considerazione tali impieghi.

Macchine asincrone
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