Macchina Asincrona: Generalità

Le macchine asincrone, o ad induzione, sono macchine elettriche rotanti usate sia come generatori sia come motori: questa seconda applicazione è di gran lunga la più importante e la più diffusa (motore asincrono o ad induzione).
Le macchine asincrone possono essere divise in:

Trifasi: per medie e grandi potenze, fino all'ordine di grandezza dei megawatt
Monofasi: largamente utilizzate per potenze modeste (da pochi watt fino ad alcune centinaia di watt.

Le macchine asincrone sono fondamentalmente costituite da una parte fissa, lo statore, e una mobile, il rotore.

Statore
Lo statore, posto dentro alla carcassa, è simile all'indotto della macchina sincrona: è laminato e presenta lungo la superficie interna le cave che alloggiano gli avvolgimenti di statore. La periodicità di questi determina p coppie polari (e 2p poli). A differenza di quanto avviene nelle sincrone, nelle macchine asincrone l'avvolgimento di statore costituisce di norma l'induttore.

I lamierini debbono tener conto di parti in movimento e quindi la percentuale di silicio non sarà superiore all' 1% con spessore maggiore per resistere alle caratteristiche meccaniche.


S = Statore,  R = Rotore, 1 = conduttori si statore, 2 = conduttori di rotore, 3 = traferro.


A=albero, C=carcassa, R=rotore, S=statore, T=traferro, Cr=conduttori di indotto, Cs=conduttori di induttore, Ms=morsetti di induttore, Mr=morsetti di indotto, sp=spazzole, an=anelli.

Fig. 1
Rotore
Il rotore è pure laminato, per grosse macchine, e presenta lungo la superficie esterna le cave che alloggiano gli avvolgimenti di rotore o d’indotto. Il traferro ha spessore che varia da qualche decimo di millimetro, per piccoli motori, fino a qualche millimetro per quelli ad elevata potenza. In relazione alla tipologia dell'avvolgimento di rotore, le macchine asincrone possono essere a rotore avvolto o a gabbia di scoiattolo.

Tra le varie tipologie costruttive delle macchine asincrone troviamo le seguenti:

Macchine a rotore avvolto (o ad anelli)
In questo tipo di macchina il rotore reca avvolgimenti analoghi a quelli di statore, con uguale numero di fasi e di poli.
Nel caso trifase essi sono connessi a stella e i tre terminali liberi sono collegati a tre anelli metallici, calettati sull'albero ad un'estremità del rotore (Figura 1), che, tramite tre spazzole, realizzano contatti striscianti, con cui gli avvolgimenti di rotore sono collegati al reostato d’avviamento
  
Macchine a gabbia di scoiattolo (o in cortocircuito)
Nell'impiego come motori di piccola e media potenza, le macchine a gabbia di scoiattolo sono spesso preferite a quello a rotore avvolto per la loro semplicità costruttiva e robustezza, accompagnate peraltro da una minore flessibilità di funzionamento.
Macchine a gabbia singola
In questo tipo di macchina ogni cava di rotore alloggia un solo conduttore o sbarra, in rame o in bronzo o in alluminio. Tutte le sbarre sono collegate tra loro in corrispondenza di ciascuna testata mediante due anelli saldati, che le chiudono permanentemente in cortocircuito (Figure 2, 3).


Fig. 3: Rotore a gabbia singola


Fig. 2
Macchine a doppia gabbia
In questo tipo di macchina ogni cava di rotore alloggia due sbarre, una esterna di piccola sezione e una interna di sezione molto maggiore, realizzando così due gabbie coassiali, ciascuna analoga a quella di Figura 2. Anche in questo caso tutte le sbarre sono collegate tra loro in corrispondenza di ciascuna testata mediante anelli saldati che le chiudono permanentemente in cortocircuito.


Fig. 4: Rotore a doppia gabbia

 Questa soluzione è utilizzata nei motori che debbono partire sotto carico, perché aumenta la coppia di spunto diminuendo la corrente di spunto. La difficoltà nasce nel dimensionamento dei traferri che limitano il loro ottimale funzionamento.

Il vantaggio è anche quello di poter essere avviato con tensione ridotta a vuoto.
In questo caso non è necessario isolare i conduttori rotorici dal ferro.

Valori nominali

Anche in una macchina asincrona i valori nominali individuano le entità delle principali grandezze con le quali si ottiene il funzionamento ottimale della macchina.
I principali valori nominali della macchina asincrona sono elencati in Tabella.

Pn Potenza nominale [W]
Un Tensione nominale [V]
In Corrente nominale [A]
cosjn Fattore di potenza nominale  
fn Frequenza nominale [Hz]
nn Velocità nominale di rotazione  [rpm]
Cn Coppia nominale all'albero [Nm]
sn Scorrimento nominale [%]

Tensione e corrente nominali hanno significato di valori efficaci; la potenza nominale ha significato di potenza convertita (è pertanto misurata in W). 
Per le macchine monofasi e trifasi rispettivamente valgono le relazioni:

Lo scorrimento è quantità caratteristica della macchina asincrona, che definisce la variazione relativa della velocità del rotore rispetto a quella di "sincronismo".