Motore elettrico: come funziona?

Nel mercato esistono talmente tante tipologie di motori elettrici che sarebbe impossibile descrivere il funzionamento di ciascuno in un solo articolo. Per questo motivo analizzeremo il motore asincrono trifase, che è la tipologia comunemente utilizzata da Tesla, la casa automobilistica che domina il mercato dell’elettrico da anni.

Esso è costituito da una parte fissa detta statore e da una parte mobile detta rotore. Lo statore è formato da un pacco di lamierini aventi forma circolare e dotati di scanalature nelle quali passano i fili di rame dell’avvolgimento statorico.
Il rotore invece può essere avvolto o a gabbia di scoiattolo e al suo interno presenta un foro per il passaggio dell’albero di rotazione. Tra rotore e statore c’è un piccolo spazio di pochi millimetri, detto traferro, che serve a consentire il libero scorrimento del rotore. Le bobine invece sono sfasate di 120° tra loro e su di esse sono avvolti gli avvolgimenti di statore.

Ora conosciamo le parti principali che compongono un motore asincrono, ma prima di spiegarne il funzionamento è opportuno avere ben chiaro il concetto di scorrimento. Bisogna infatti sapere che la velocità di rotazione del campo di statore è direttamente proporzionale alla frequenza (f) delle corrente secondo la relazione:

Il rotore è però soggetto ad un carico resistente per cui la sua velocità di rotazione n_r sarà sempre inferiore rispetto a quella del campo magnetico di statore.
Si genera così uno scorrimento

che in genere si aggira intorno al 3-6%.
Questo scorrimento fa sì che il rotore risenta di una variazione del flusso, condizione senza la quale il motore non produrrebbe alcuna coppia.

Ma come funziona precisamente?

1. La corrente alternata che scorre nell’avvolgimento statorico genera un campo magnetico rotante, detto di statore, che ruota nello spazio con la stessa frequenza della corrente di alimentazione.
2. Il rotore, dato che gira più lentamente del campo magnetico rotante per via del fenomeno dello scorrimento, risente di una variazione del flusso concatenato.
3. Queste variazione del flusso genera delle correnti indotte nel rotore (legge di Faraday).
4. Le correnti indotte a loro volta creano un campo magnetico rotorico che per la legge di Lenz si oppone alla variazione di flusso.
5. Questa interazione tra campo statorico e campo rotorico genera una coppia sull’avvolgimento statorico che mette in rotazione il rotore.

Abbiamo quindi una macchina che è in grado di convertire l’energia elettrica in energia meccanica in maniera molto efficiente. Nelle migliori condizioni un motore asincrono può raggiungere un rendimento fino al 97% contro un 30/40% di un tradizionale motore a combustione.

Di questi aspetti parleremo però più in dettaglio nel prossimo articolo dove faremo un confronto tra motore termico ed elettrico, analizzando pregi e difetti di ciascuno.