Motori a due velocità Rotor BV: robusti, flessibili, convenienti

I motori ad inverter a velocità variabile hanno fatto molto per migliorare la progettazione delle macchine da quando si sono diffusi, circa 30 anni fa. Hanno consentito l’ottimizzazione operativa grazie al taglio della velocità e a una maggiore controllabilità, contribuendo enormemente ai risparmio energetico. Ma sono anche in qualche modo responsabili del fatto che gli ingegneri si siano dimenticati dei vantaggi offerti dai motori a due velocità. Ad un primo sguardo, un sistema con motore e trasmissione a variabilità infinita sembra migliore di un motore che garantisce solo due velocità di impostazione. Tuttavia, in alcuni casi, il motore a due velocità è ancora la scelta migliore e lo resterà probabilmente ancora per molto tempo, come illustra Rotor BV. In effetti, le cifre di vendita nell’intero settore suggeriscono che la loro adozione stia crescendo più rapidamente rispetto a quella dei motori industriali in genere, quindi possiamo concludere che gli ingegneri stanno già iniziando a riconoscerne i vantaggi.

Sembra probabile che stiano trovando favore sulle trasmissioni per ventilatori e pompe, per ottenere portate “alte” e “basse”. Ci sono inoltre diverse situazioni in cui si hanno picchi prevedibili verso l’alto e verso il basso: ad esempio, ascensori o scale mobili possono avere una velocità normale ed una per le ore di punta; i nastri trasportatori che alimentino le materie prime in un macchinario componente di un processo possono avere due velocità per equilibrare i carichi alti e quelli bassi; le alimentazioni idriche e di acque reflue hanno picchi definiti a certe ore del giorno; gru e verricelli possono beneficiare della possibilità di scelta tra alta e bassa velocità, così come i ventilatori di ventilazione.

Ci sono due tipi principali di motori a due velocità: a doppio avvolgimento e a poli commutabili, più un terzo tipo ‘ibrido’. Un rotore a doppio avvolgimento sembra ad un primo sguardo identico ad un motore convenzionale a velocità fissa, specialmente perché sembra avere un solo avvolgimento. Uno sguardo più approfondito rivela però che gli avvolgimenti sono due, ognuno individualmente collegato all’alimentazione. Un motore a poli commutabili sembra ancora più simile al cugino a velocità singola, ma ha un numero doppio di poli magnetici. Il collegamenti sono tali che i magneti alternati sono disposti in due set separati, di conseguenza è possibile alimentare contemporaneamente metà dei poli o tutti. Un motore ibrido combina sia i due set di poli che un doppio avvolgimento, una configurazione che offre quattro velocità fisse. Tuttavia, quest’ultimo tipo di motore è assai raro, poiché un motore standard alimentato con inverter risulta più economico con in più le migliori funzionalità più potenti garantite dal controllo elettronico.

I motori a doppio avvolgimento sono i più semplici da capire ma anche da produrre, quindi anche i più economici. Il motore ha due avvolgimenti separati con polarità opposte su un singolo pacco di lamierini. Si noti che gli avvolgimenti non devono necessariamente avere le stessi dimensioni ; possono avere potenze nominali marcatamente diverse. Le due velocità vengono ottenute tramite un commutatore che alimenta uno o entrambi gli avvolgimenti. Come capita per molti componenti di engineering un po’ insoliti, i motori a poli commutabili hanno diversi nomi, tra cui motori a commutazione di poli e motori Dahlander, ma si tratta di nomi diversi per la stessa cosa. Un motore a poli commutabili consiste in un singolo avvolgimento con due statori (due set di poli). Un set di poli è costantemente alimentato, mentre l’altro si avvale di cavi filettati che possono essere avvitati e svitati per la connessione con l’alimentazione. Durante il funzionamento, l’impostazione ad alta velocità raddoppia i giri al minuto rispetto a quella a bassa velocità.

Quando si seleziona un motore a doppia velocità, esiste una possibilità di equivoci: si tratta del fatto che vengono specificati con uno dei tre tipi di uscita possibile: coppia costante, coppia variabile o potenza costante. Gli utenti devono identificare il tipo di carico da trascinare per selezionare il motore adeguato.

I carichi a coppia costante sono carichi la cui velocità può variare ma la cui coppia resta costante. Forse i carichi a coppia costante più comuni si presentano nei nastri trasportatori: la velocità può variare notevolmente mentre la coppia resta (in gran parte) costante. Si trovano anche negli estrusori, nelle pompe a spostamento positivo dei circuiti idraulici chiusi ed in alcuni tipi di macchinari specialistici. Esempi di coppia variabile sono offerti dai ventilatori e dalle pompe centrifughe, dove i i requisiti di coppia sono bassi alle basse velocità e alti alle alte velocità. In effetti, il requisito di coppia cresce più velocemente della velocità, quindi un ventilatore, ad esempio, che raddoppi la velocità quadruplica la coppia (il che aumenta di otto volte la potenza assorbita: 2 x 2 x 2 = 8). Il terzo tipo di carico è quello a potenza costante, da molti considerato il più logico. Se la velocità raddoppia la coppia si dimezza, quindi la potenza resta costante. Potrebbe sembrare strano, ma ciò è assai difficile da ottenere con un motore a due velocità, ed in gran parte dei casi una configurazione con inverter potrebbe risultare molto più utile per quest’applicazione.

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