I motori elettrici sono fabbricati sfruttando materiali che possiedono determinati requisiti di isolamento.
A seconda delle proprietà dei materiali, i motori sono suddivisi quindi in classi di isolamento (dipendenti, se non sbaglio, dalla temperatura ad esercizio continuativo).
Mi è capitato recentemente di leggere su un libro di un motore ferroviario con rotore in classe H e statore in classe F.
Ora, la mia domanda è: questo motore può essere interessato da correnti, tensioni, giri al minuto più elevati di un identico motore tutto in classe F (più bassa) o le caratteristiche dei due motori sarebbero le stesse (e quindi anche le potenze nominali)?

Luca

La classe di isolamento di un motore elettrico dipende dalla qualità dei materiali isolanti impiegati, e stabilisce la sovratemperatura massima ammessa (Tmax) per il corretto funzionamento del motore.

Le norme tecniche C.E.I. (comitato elettrotecnico italiano) allo stato attuale con norme norme unificate, prevedono quattro classi principali le cui sovratemperature sono riferite ad una temperatura ambiente di 40 °C.

-Classe E: Tmax=75°C + 5°C
-Classe B: Tmax=80°C + 10°C
-Classe F: Tmax=100°C+ 15°C ; la più comune
-Classe H: Tmax=125°C + 15°C
Sono valori che determinano il valore della potenza nominale del motore: quando il motore eroga la potenza nominale (Pn) dissipa una potenza (Pdn) che fa raggiungere al motore la sovratemperatura massima consentita.

Se h è il rendimento del motore si ha: Pdn=(1/h-1)*Pn.

Si ha inoltre che Pdn=Tmax/Rth

dove Rth è la resistenza termica del motore che dipende dalle proprietà termofisiche del fluido refrigerante (normalmente aria), dal tipo di motore (zona dove produce il calore: statore o rotore; presenza di alettature: diminuiscono Rth per l'aumento della superficie disperdente), dal tipo di raffreddamento (per l'aria: ventilazione che può essere naturale o forzata. La ventilazione forzata può essere un'autoventilazione (palettatura solidale con il rotore) o una servoventilazione (con ventilatore esterno), interna od esterna. Normalmente tutti i motori ferroviari a C.C. sono provvisti di una ventola calettata sul rotore, che ne realizza l'autoventilazione. I locomotori, dato la maggior potenza che devono sviluppare, sono dotati anche della ventilazione motori esterna.

Se la temperatura ambiente è superiore a 40°C la potenza nominale deve essere ridotta (circa del 12% ogni 10 °C)

Parti diverse del motore raggiungono temperature diverse. Per questo motivo vengono usati isolamenti in classi diverse in relazione alle temperature di esercizio previste. Se tutto il motore è isolato nella medesima classe di isolamento la potenza nominale e gli altri limiti sono imposti dal componente che raggiunge la temperatura limite. Probabilmente tutti gli altri componenti non raggiungeranno mai la temperatura limite. Molto probabilmente il motore in questione è un motore in corrente continua, da qui la ragione di isolare in classe H il rotore e in classe F lo statore. Infatti il rotore è maggiormente sollecitato e presenta più difficoltà di espulsione del calore, specie nella zona del collettore. Lo statore è meno sollecitato, la maggiore superficie esposta migliora lo scambio termico e quindi questo componente ragiungerà temperature inferiori, da quila scelta dell'isolamento in classe F. Un motore con rotore in classe H e statore in classe F quasi sicuramente haquindi prestazioni migliori di uno isolato totalemente in classe F. Occorre poi tenere presente che andando a lavorare a temperature elevate l'invecchiamento dell'isolamento è più precoce. Da qui anche la ragione di isolare le parti più sollecitate con isolamenti in classe maggiore. In questo modo anche non raggiungendo la massima temperatura si mantiene una vita utile più lunga del componente.

Credo che Luca, abbia letto qualcosa che riguarda il motore 82-400 delle E 656, che hanno le armature isolate in classe H, e gli avvolgimenti del campo induttore in classe F.

Saluti, Andrea

Grazie per le informazioni e i chiarimenti.

In realtà mi riferivo al motore di una loco straniera: nei prototipi la potenza è maggiore che sulle loco di serie e mi chiedevo il perché.
La differenza di isolamento (rotore H e statore F per i prototipi, solo F per la serie) potrebbe essere la spiegazione, secondo quanto mi avete detto.

Luca

No, la maggiore potenza o prestazioni di un qualsiasi prototipo dipende esclusivamente dalla ricerca del limite massimo ammissibile o possibile, poi nelle produzioni di serie si tara o si stabilisce il normale esercizio tra 75 e 85% del massimo possibile.
Nel caso dei motori, o delle macchine elettriche in genere, la classe d'isolamento, così come le caratteristiche fisiche costruttive determinano solo il rapporto dimensioni/prestazioni, ovvero le condizioni d'esercizio normale.
Giusto per, la 444 005 in corsa prova e rampa del 12 x 1000 da Firenze alla galleria di valico, ed a memoria, con circa 1000 T al traino, la fermarono a circa 6,3 MW, dopo scattavano le sottostazioni, e su quel tratto sono ammessi 180 Km/h.
Anche il motore delle 652 in prova al banco, diede oltre 2,2 MW senza fare una piega.

Sempre giusto per, da questo discorso esulano gli apparecchi rientranti nella categoria elettrodomestici o giochi, compresi PC ed assimilati; qui le normative prevalenti sono altre.

Avrei un'altra domanda: se leggo "i motori ricevettero un risanamento generale con un miglioramento della classe di isolamento" questo significa che detti motori hanno subito un cambiamento di classe.
Oltre alla sostituzione delle componenti, esistono altri metodi per migliorare l'isolamento e anche la relativa classe?

Luca

Normalmente per aumentare la classe d'isolamento, quindi la potenza entro certi limiti, si ricorre all'impregnazione mediante resine speciali e si rifanno i bendaggi alle matasse di campo e di armatura; così facendo si migliora la rigidità dielettrica dell'isolamento in modo da far sopportare al motore, correnti maggiori. Tale operazione fù fatta sui motori T 750 delle E 444 R, per ovviare alle frequenti masse, verificatesi nel gravoso impiego che questi poveri motori hanno dovuto sopportare nella loro travagliata carriera. Il miglioramento della classe d'isolamento (intesa comunque come qualità di quest'ultima in virtù dei nuovi materiali dovuti al progresso tecnologico) venne fatta anche per allungare la vita al motore stesso e non necessariamente per fargli assorbire correnti maggiori.
Per spiegarci meglio; abbiamo visto che la classe H, permette temperature prossime ai 125° C, con una tolleraza di 15° C. Bene io posso migliorare comunque la qualità dell'isolante, mediante materiali con caratteristiche dielettriche migliori, pur mantenendo la stessa temperatura limite prevista per la classe isolante.
Tant'è vero che sulla E 444 R, è rimasta invariata la classe isolante, ma sono state drasticamente ridotte le frequenti masse al motore.

Saluti, Andrea

Riapro questo post con un'altra domanda:
Avete detto che in un motore a cc capita di trovare l'indotto (rotore) isolato in una classe migliore del collettore (statore). Un esempio erano le E444 utilizzate nei servizi a 200 km/h senza variare il rapporto di trasmossione, con indotto riavvolto in classe H per sopportare meglio le alte velocità di rotazione.
Ma la differenza di classe di isolamento tra rotore e statore ha ugualmente senso in un motore trifase? O si preferisce tenere tutti i componenti alla stessa classe di isolamento?

Saluti,
Luca

A parte la confusione tra: rotore, collettore e statore, per il motore trifase bisogna fare dei distinguo. Un motore trifase può essere a rotore avvolto, quindi con collettore, oppure con rotore non avvolto ovvero a gabbia di scoiattolo.
Il collettore è sempre sul rotore, a prescindere dal tipo di motore (diversamente non serve).
I concetti di indotto ed induttore sono due cose diverse rispetto a rotore e statore (in un motore in ca sincrono sono invertiti: induttore sul rotore, indotto sullo statore).
Nel caso dei motori trifasi con rotore a gabbia di scoiattolo non esiste isolamento rotorico: non serve.
Ormai con l'impregnazione l'isolamento dei motori è uguale per statore e rotore (salvo casi specifici), un tempo era diverso, in particolare nei motori in cc. per via di: sollecitazioni meccaniche diverse, degli spazi disponibili, temperatura della parte, possibilità di ventilazione.
Di per se la classe d'isolamento non c'entra niente con la velocità di rotazione. Alla velocità si associa il sistema di contenimento e fissaggio degli avvolgimenti: un tempo erano fisigamente legati con bendaggi e corde (che fungevano anche da isolanti) e che sottoposti a sollecitazine meccanica (forza centrifuga) cedono, oggi si usano cave opportunamete sagomate ed inserti in materiale sintetico/plastico isolante, quindi si impregna il tutto. Lo statore era isolato principalmente con carta impregnata e legato con corde.
Il vero problema degli isolanti è che oltre una certa temperatura si incendiano autonomamente. Per cotone, carta e canapa, così come per gli impregnanti di un tempo, la temperatura oltre la quale si ha l'incendio degli isolanti è bassa.
Tornando un attimo al motore in cc., in particolare quello delle locomotive, la temperatura del rotore dipende dalla corrente che circola nei suoi avvolgimenti, così come quella dello statore. I motori delle locomotive ante elettronica, erano parecchio limitati nelle prestazioni più che altro dal fatto che la corrente circolante nei avvolgmenti di statore e rotore è la stessa: gli avvolgimenti sono in serie tra di loro, quindi si scaldano +/- con gli stessi criteri, salvo considerare la forma costruttiva, molto vantaggiosa per lo smaltimento del calore da parte dello statore.
Nei motori in cc pilotati con azionamenti elettronici, a parità di prestazioni, gli avvolgimenti sono separati e pilotati indipendentemente, pertanto nello statore circola una corrente di pochi Amper, rispetto alle centinaia del rotore. Al resto ci pensa il sistema di pilotaggio del motore.
Con l'avvento dell'elettronica di potenza la forma costruttive dei motori è cambiata, in particolare di quelli in cc, senza dimenticare che un motore per locomotive deve avere pesi e dimensioni il più contenuti possibile, quindi un tempo si preferiva utilizzate tipi d'isolamento diversi per rotore e statore. Giusto per, un motore in cc attuale, a parità di dimensioni, dal punto di vista elettrico e termico può rendere una potenza quasi doppia rispetto al passato, per gli aspetti meccanici il discorso è diverso.

Grazie per la chiarezza e la completezza della risposta, così come di quelle precedenti.
Perdonatemi le imprecisioni: ho soltanto un'infarinatura di elettrotecnica (sono in IV liceo ed è stata trattata molto velcemente solo in II).

Saluti,
Luca