La storia dei motori elettrici risale al 1820, quando Hans Christian Oster scoprì l'effetto magnetico della corrente elettrica e un anno dopo Michael Faraday scoprì la rotazione elettromagnetica e costruì il primo primitivo motore CC.Faraday scoprì l'induzione elettromagnetica nel 1831, ma fu solo nel 1883 che Tesla inventò il motore a induzione (asincrono).Oggi, i principali tipi di macchine elettriche rimangono gli stessi, DC, a induzione (asincrona) e sincrone, tutti basati su teorie sviluppate e scoperte da Alstead, Faraday e Tesla più di cento anni fa.
Dall'invenzione del motore a induzione, è diventato oggi il motore più utilizzato grazie ai vantaggi del motore a induzione rispetto ad altri motori.Il vantaggio principale è che i motori a induzione non richiedono un collegamento elettrico tra le parti fisse e rotanti del motore, pertanto non richiedono commutatori meccanici (spazzole) e sono motori esenti da manutenzione.I motori a induzione hanno anche le caratteristiche di leggerezza, bassa inerzia, alta efficienza e forte capacità di sovraccarico.Di conseguenza, sono più economici, più resistenti e non si guastano alle alte velocità.Inoltre il motore può funzionare in atmosfera esplosiva senza produrre scintille.
Considerando tutti i vantaggi sopra elencati, i motori a induzione sono considerati perfetti convertitori di energia elettromeccanica, tuttavia, l’energia meccanica è spesso richiesta a velocità variabili, dove i sistemi di controllo della velocità non sono una cosa da poco.L'unico modo efficace per generare un cambio di velocità continuo è fornire una tensione trifase con frequenza e ampiezza variabili per il motore asincrono.La velocità del rotore dipende dalla velocità del campo magnetico rotante fornito dallo statore, quindi è necessaria la conversione di frequenza.È necessaria una tensione variabile, l'impedenza del motore è ridotta alle basse frequenze e la corrente deve essere limitata riducendo la tensione di alimentazione.
Prima dell'avvento dell'elettronica di potenza, il controllo della limitazione della velocità dei motori a induzione veniva ottenuto commutando i tre avvolgimenti dello statore da una connessione a triangolo a una a stella, riducendo così la tensione attraverso gli avvolgimenti del motore.I motori a induzione hanno anche più di tre avvolgimenti dello statore per consentire di variare il numero di coppie polari.Tuttavia, un motore con più avvolgimenti è più costoso perché richiede più di tre porte di connessione e sono disponibili solo velocità discrete specifiche.Un altro metodo alternativo di controllo della velocità può essere ottenuto con un motore a induzione a rotore avvolto, in cui le estremità dell'avvolgimento del rotore vengono portate sugli anelli collettori.Tuttavia, questo approccio elimina apparentemente la maggior parte dei vantaggi dei motori a induzione, introducendo anche perdite aggiuntive, che possono comportare prestazioni scadenti posizionando resistori o reattanze in serie attraverso gli avvolgimenti dello statore di un motore a induzione.
All'epoca, i metodi di cui sopra erano gli unici disponibili per controllare la velocità dei motori a induzione, ed esistevano già motori CC con azionamenti a velocità infinitamente variabile che non solo consentivano il funzionamento in quattro quadranti, ma coprivano anche un'ampia gamma di potenze.Sono molto efficienti e hanno un controllo adeguato e anche una buona risposta dinamica, tuttavia il loro principale svantaggio è l'obbligo delle spazzole.
Insomma
Negli ultimi 20 anni, la tecnologia dei semiconduttori ha fatto enormi progressi, fornendo le condizioni necessarie per lo sviluppo di adeguati sistemi di azionamento di motori a induzione.Queste condizioni rientrano in due categorie principali:
(1) Riduzione dei costi e miglioramento delle prestazioni dei dispositivi di commutazione elettronica di potenza.
(2) Possibilità di implementare algoritmi complessi in nuovi microprocessori.
Tuttavia, deve essere posto un prerequisito per sviluppare metodi adeguati per il controllo della velocità dei motori a induzione la cui complessità, in contrasto con la loro semplicità meccanica, è particolarmente importante per quanto riguarda la loro struttura matematica (multivariata e non lineare).
Orario di pubblicazione: 05-ago-2022