Esistono due tipi di motori elettrici: a corrente alternata (CA) e a corrente continua (CC). I motori CA possono essere sincroni o asincroni. I motori sincroni si trovano in applicazioni in cui velocità e precisione sono essenziali, tra cui orologi sincroni, timer di apparecchi elettronici e registratori audio. In grado di funzionare a velocità variabile, a bassa manutenzione e durevoli, i motori asincroni, o a induzione, sono ampiamente utilizzati nel settore industriale. In applicazioni come sollevamento, miscelazione, pompaggio, compressione e perforazione, i motori a induzione risultano più semplici da utilizzare e più convenienti rispetto ai motori sincroni e CC.

Dei due principali tipi di motori a induzione (asincroni), monofase e trifase, i motori monofase sono generalmente limitati ad applicazioni con carichi elettrici ridotti, come gli elettrodomestici, poiché i motori monofase non sono in grado di avviarsi autonomamente. I sistemi motore trifase hanno un impiego industriale e commerciale molto più ampio poiché richiedono meno cablaggio in rame e sono quindi meno costosi, più compatti, più efficienti e funzionano in modo più fluido (minori vibrazioni).

I controllori sono fondamentali

I sistemi motore si affidano a un avviatore, o controllore, perché controlla le prestazioni dei motori avviando, arrestando, invertendo la marcia, accelerando e decelerando il motore, oltre a proteggerlo da sovraccarichi o guasti.

Il controllore più elementare è un interruttore on/off tra il motore e l'alimentazione, mentre i controllori più complessi regolano la velocità e la coppia del motore.

Gli avviatori diretti in linea (DOL, o a piena tensione) sono il tipo più semplice di avviatore motore; una volta alimentati, collegano immediatamente i terminali del motore all'alimentazione. Gli avviatori DOL sono utili se l'elevata corrente di spunto del motore non provoca cali di tensione eccessivi nel circuito di alimentazione. Sono adatti a piccole pompe per acqua, compressori, ventole e nastri trasportatori. Tuttavia, gli avviatori a piena tensione non sono in grado di fornire un feedback.

Inoltre, nel caso di un motore asincrono, come il motore a induzione trifase, che assorbe una corrente di avviamento elevata tipicamente pari a sei-sette volte quella a pieno carico, gli avviatori DOL non saranno in grado di proteggere il motore dallo spunto.

 

Proteggere le apparecchiature e prolungarne la vita utile

I controllori dei motori sono soggetti a molteplici forme di usura. In particolare, gli avviatori dei motori a induzione trifase devono far fronte a fattori dannosi come la corrente di spunto e l'arco elettrico.

La corrente di spunto, nota anche come sovracorrente di accensione o corrente di picco in ingresso, è l'elevato livello di corrente assorbita dal motore per iniziare ad accelerare fino alla velocità massima. Durante questo periodo, il motore deve spesso assorbire una corrente pari fino a sette-dieci volte il carico operativo normale. Il sovraccarico di corrente, sebbene duri meno di un secondo, provoca picchi di coppia che generano stress meccanico sulla macchina, soprattutto quando il ciclo di avvio e arresto è ripetitivo. I normali avviatori DOL non sono in grado di proteggere il motore dallo spunto. Per questo motivo, il controllore deve disporre di un meccanismo di protezione in grado di attutire adeguatamente le apparecchiature a valle.

L'arco elettrico—in cui il passaggio di corrente elettrica attraverso un gas provoca la rottura elettrica del gas stesso e una scarica— si verifica più frequentemente nei controllori dei motori in cui i contatti si aprono (interruzione) e si chiudono (chiusura) ripetutamente un circuito elettrico. L'arco elettrico produce una grande quantità di calore, che può fondere o persino vaporizzare piccole parti della superficie di contatto, danneggiando il controllore del motore.

Oltre a gestire la corrente di spunto e l'arco elettrico, gli avviatori dei motori a induzione trifase necessitano anche di una funzione di avviamento e arresto graduale. Gli avviamenti e gli arresti graduali prevengono danni alle apparecchiature e agli oggetti pesanti e ingombranti movimentati da compressori, nastri trasportatori e sistemi di cancelli. A causa della loro massa, tali oggetti possiedono un notevole momento anche a basse velocità.

Sia gli avviatori soft sia gli azionamenti a frequenza variabile possono essere utilizzati per proteggere le apparecchiature e prolungare la vita del motore riducendo la corrente di spunto e il conseguente sviluppo di calore causato da avvii e arresti frequenti.

Principali tipi di avviatori motore

Gli avviatori soft per motori, o avviatori a stato solido a tensione ridotta, possono ridurre temporaneamente il carico di corrente e il picco di coppia durante l'avviamento di un motore, aumentando gradualmente la velocità del motore stesso. Di conseguenza, l'avviatore soft riduce lo stress meccanico sul motore e sull'albero, prolungando la vita utile del sistema. Gli avviatori soft possono essere personalizzati per applicazioni specifiche. Possono contribuire a evitare picchi di pressione nelle applicazioni di pompaggio e ad avviare in modo fluido i nastri trasportatori, aiutando a ridurre al minimo scatti, stress o slittamenti. Poiché gli avviatori soft presentano una maggiore complessità elettrica rispetto agli avviatori a piena tensione, spesso comportano problemi di costo-prestazioni.

Un azionamento a frequenza variabile (VFD) utilizza sistemi di azionamento elettromeccanici per controllare la velocità e la coppia del motore variando la frequenza e la tensione in ingresso al motore. Di conseguenza, i VFD possono ridurre la corrente necessaria per avviare il motore. Un VFD si interfaccia facilmente con i sistemi di controllo automatico. Gli azionamenti a frequenza variabile sono inoltre altamente efficienti dal punto di vista energetico, contribuendo a ridurre la domanda di picco di energia. Tuttavia, la penetrazione di mercato globale dei VFD è relativamente contenuta a causa del loro prezzo elevato e della sensibilità a fattori ambientali come temperatura e sovratensione.

 

Sebbene gli avviatori soft e gli azionamenti a frequenza variabile offrano già evidenti vantaggi per i motori, i produttori continuano a sviluppare sistemi con maggiore funzionalità e prezzi più contenuti.

Vantaggi degli avviatori motore ibridi

Gli avviatori motore ibridi della serie DRMS di Sensata possono fornire fino a sei funzioni nella stessa unità: marcia avanti/indietro, avviamento/arresto graduale, protezione dal sovraccarico del motore e relè di isolamento di rete.

Grazie alla funzione di avviamento/arresto graduale, gli avviatori motore ibridi della serie DRMS di Sensata offrono vantaggi particolarmente evidenti per i sistemi di trasporto a nastro. Oltre alla funzione a relè elettromeccanico, gli avviatori motore ibridi della serie DRMS includono una funzione a relè a stato solido, che utilizza semiconduttori per un funzionamento privo di contatti, ottenendo un controllo dell'alimentazione rapido e privo di usura.

Grazie alle prestazioni offerte dal relè a stato solido e all'affidabilità del relè elettromeccanico, gli avviatori motore ibridi della serie DRMS sono più efficaci nel mitigare gli effetti distruttivi delle elevate correnti di spunto, il conseguente stress meccanico e la formazione di spazi vuoti nel sistema. Di conseguenza, la combinazione delle funzioni dei relè consente di ottenere prestazioni e coerenza superiori, un minor consumo energetico, una maggiore sicurezza e una vita utile più lunga delle apparecchiature.

Inoltre, gli avviatori motore ibridi della serie DRMS sono compatti, con una larghezza di soli 22,5 mm, il che riduce lo spazio richiesto per un avviatore motore fino al 75%. Infine, rispetto agli azionamenti a frequenza variabile, che costano tra i 400 e i 1200 dollari, i dispositivi DRMS offrono un'opzione più economica.

Gli avviatori motore ibridi della serie DRMS possono essere utilizzati in sistemi di trasporto a nastro, sistemi di cancelli e compressori da costruttori di macchine, progettisti o costruttori di quadri elettrici e impianti di produzione. Inoltre, questi avviatori motore ibridi presentano una tensione massima del motore più elevata, pari a 400V, rispetto ad altri prodotti comparabili; questa tensione massima più elevata consente di utilizzare gli avviatori motore ibridi della serie DRMS in una gamma più ampia di applicazioni industriali rispetto ad altri prodotti.

Conclusione

Gli avviatori motore per i motori a induzione sono soggetti a numerosi cicli di avvio e arresto. I fattori da considerare nel confronto tra avviatori motore includono prestazioni, durata, affidabilità, dimensioni, prezzo e protezione delle apparecchiature dalla corrente di spunto e da altri fenomeni potenzialmente dannosi. Gli avviatori diretti in linea sono affidabili ma offrono una protezione limitata, sia per se stessi sia per i beni movimentati dai motori. Una protezione maggiore è disponibile con i VFD, ma a un prezzo elevato. Gli avviatori motore ibridi trovano un equilibrio tra tutti questi fattori e meritano quindi una notevole considerazione per i motori che gestiscono beni di valore.

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