La corrente di spunto

Quando si parla di motori elettrici, uno dei concetti fondamentali ma spesso trascurati è la corrente di spunto. Questa espressione identifica la quantità di corrente assorbita da un motore elettrico nel momento in cui viene avviato, ovvero nel momento in cui passa da fermo alla rotazione. È un fenomeno inevitabile e naturale in tutti i motori elettrici, ma che richiede attenzione in fase di progettazione e installazione degli impianti elettrici, in quanto può provocare sovraccarichi, abbassamenti di tensione o problemi ai dispositivi di protezione se non correttamente gestito.

La corrente di spunto è la corrente elettrica assorbita da un motore nel momento in cui viene avviato. Quando un motore è fermo e viene alimentato per la prima volta, la corrente che lo attraversa può essere anche 5-8 volte superiore rispetto alla corrente che assorbe in condizioni di funzionamento normale (detta corrente nominale).

Questo fenomeno avviene perché, a motore fermo, il circuito elettrico del motore si comporta come un carico prevalentemente resistivo-induttivo. In particolare, l’induttanza del motore genera una forte opposizione alla variazione della corrente solo dopo qualche millisecondo. In quel breve istante iniziale, il motore si presenta alla rete elettrica come un carico a bassa impedenza, e per questo assorbe una corrente molto elevata.

Quando un motore elettrico è fermo, deve superare un certo momento d’inerzia, cioè deve mettere in moto una massa ferma. Questo richiede una coppia elevata, e quindi un alto flusso magnetico iniziale nel motore. Per generare questo flusso magnetico, è necessaria una corrente elevata.

Inoltre, nel momento dell’avviamento:

• Non c’è contro-elettromotrice (f.e.m.): quando un motore è in funzione, la sua rotazione genera una forza contro-elettromotrice che si oppone alla tensione di alimentazione e quindi riduce la corrente assorbita. Ma nel momento dell’avviamento, il motore è fermo e questa contro-f.e.m. è assente. Quindi la corrente iniziale è elevata.
• La coppia resistente è maggiore: la macchina collegata al motore (pompa, ventola, compressore, ecc.) offre una resistenza al movimento. Per vincere questa resistenza, il motore deve generare una forza iniziale maggiore.

La corrente di spunto può variare a seconda del tipo di motore, della potenza e del sistema di avviamento utilizzato. Indicativamente:

• Per un motore asincrono trifase, la corrente di spunto può essere da 5 a 8 volte la corrente nominale.
• Per un motore monofase, la corrente di spunto può raggiungere anche 10-12 volte la corrente nominale.

• I motori a gabbia di scoiattolo, che sono i più comuni, presentano correnti di spunto molto elevate.
• I motori dotati di avviamento soft-start o inverter presentano correnti di spunto molto più basse e controllate.

Esempio pratico: un motore da 15 kW con corrente nominale di 30 A potrebbe assorbire una corrente di spunto di circa 180-240 A nel momento in cui viene avviato direttamente.

Una corrente di spunto troppo elevata può causare diversi problemi:

• Sovraccarico dei cavi: i cavi devono essere dimensionati anche in funzione delle correnti di avviamento.
• Cadute di tensione: se la rete non è sufficientemente dimensionata, si possono avere cali di tensione che disturbano altri apparecchi elettrici collegati.
• Scatto delle protezioni: i dispositivi magnetotermici o differenziali possono intervenire erroneamente durante l’avviamento.
• Stress meccanico: anche la parte meccanica del motore può subire sollecitazioni eccessive se l’avviamento non è controllato.

Per questi motivi, negli impianti industriali si ricorre spesso a sistemi di avviamento progressivo.

Esistono diversi metodi per limitare la corrente di spunto e avviare i motori in modo più dolce:

Avviamento Stella-Triangolo

È il metodo più diffuso per motori trifase. Consiste nell’alimentare inizialmente il motore con un collegamento “a stella”, che riduce la tensione ai capi degli avvolgimenti, e quindi anche la corrente. Dopo qualche secondo, il collegamento viene commutato in “triangolo” per il funzionamento normale.

Riduce la corrente di spunto di circa 1/3 rispetto all’avviamento diretto.

Avviatore Soft Starter

È un dispositivo elettronico che riduce progressivamente la tensione di alimentazione durante la fase di avvio, diminuendo così la corrente assorbita. Una volta che il motore ha raggiunto la velocità nominale, fornisce tensione piena.

È adatto quando si vuole proteggere anche la parte meccanica dalle sollecitazioni iniziali.

Inverter (VSD – Variable Speed Drive)

L’inverter alimenta il motore con una tensione e frequenza variabile, partendo da valori bassi. Consente l’avviamento con una corrente minima, oltre a offrire il vantaggio di poter regolare la velocità del motore.

È il metodo più efficace ma anche il più costoso.

Avviatore Autotrasformatore

Riduce la tensione d’avviamento tramite un trasformatore. Meno usato oggi, ma ancora presente in alcune installazioni industriali.

La corrente di spunto può essere misurata con appositi strumenti come pinze amperometriche TRMS, analizzatori di rete o data logger, che registrano il picco iniziale di corrente. È importante eseguire questa misura in condizioni di reale avviamento e con la macchina collegata, per ottenere valori attendibili.

I dispositivi di protezione devono tenere conto della corrente di spunto, altrimenti si rischia che intervengano in modo intempestivo. Ad esempio:

• Gli interruttori magnetotermici devono essere scelti con curva adeguata (di solito curva D per motori).
• I relè termici devono avere un tempo di intervento ritardato.
• I fusibili devono avere una corrente di fusione maggiore della corrente di spunto.

Come si dimensiona il contatore in funzione della corrente di spunto

Quando si avvia un motore elettrico, la corrente assorbita nei primi secondi può essere fino a 5-8 volte la corrente nominale. Se il contatore non è dimensionato correttamente, può scattare durante l’avviamento del motore, anche se in condizioni normali sarebbe sufficiente.

Quindi: serve un contatore con potenza disponibile adeguata per reggere il picco di spunto.

Come calcolare la corrente nominale del motore?

Per calcolare la corrente nominale per un motore trifase si usa la seguente formula:

Dove:

• P = potenza del motore in watt (es. 15.000 W)
• V = tensione di rete (es. 400 V)
• Cos φ = fattore di potenza (tipico: 0,85)
• η = rendimento del motore (tipico: 0,9)

Esempio:
Per un motore da 15 kW →

Calcolato l’assorbimento nominale si può calcolare la corrente di spunto:

Dove k è un coefficiente di spunto:

• Avviamento diretto: k= 6 ÷ 8
• Stella-triangolo: k= 2 ÷ 3
• Soft starter: k= 1.5 ÷ 2
• Inverter: k= 1.1 ÷ 1.5

Per avviamento diretto:

Ottenuto la corrente di spunto bisogna controllare se il contatore elettrico

Ottenuta la corrente di spunto bisogna calcolare se il contatore elettrico è dimensionato correttamente. Questi hanno una corrente massima istantanea e una continua (nominale). Alcuni esempi:

Potenza contrattuale     Corrente nominale     Corrente max istantanea

15 kW trifase                    25 A                     ~40 A (istantanea)
30 kW trifase                    50 A                     ~80 A
50 kW trifase                    80 A                     ~130 A

Nel nostro esempio, con spunto a 196 A, nemmeno un contatore da 50 kW è sufficiente. Si rischia il distacco per sovraccarico. Per ovviare a questo problema bisogna ricorrere ad un quadro di avviamento differente dall’avviamento diretto.