Choice criteria of the number of poles of inverter-fed induction motor

Induction motors are the most widely used electric machines due to their robustness, cost-effectiveness, and adaptability. Traditionally, their synchronous speed was strictly determined by supply frequency and pole number, limiting design flexibility. The advent of variable frequency drives (VFDs) has decoupled speed from the grid frequency, transforming pole number selection into a multi-criteria optimization problem. This thesis examines the influence of pole number on inverter-fed induction motors, analysing its impact on torque density, efficiency, loss distribution, harmonic behaviour, inverter performance, and geometric constraints. Results show that lower pole counts favour high-speed efficiency and reduced inverter stress, while higher pole counts improve torque density and reduce copper losses at low speeds, though often at the expense of increased iron losses and lower power factor. The study concludes that no pole count is universally optimal; instead, the choice depends on application requirements, inverter capabilities, and operational priorities. A structured framework is proposed to support designers in selecting the most appropriate pole number for efficient and reliable inverter-fed induction motor systems.

I motori a induzione rappresentano le macchine elettriche più diffuse grazie alla loro robustezza, economicità e versatilità. Tradizionalmente, la velocità sincrona era rigidamente determinata dalla frequenza di alimentazione e dal numero di poli, limitando la flessibilità progettuale. L’introduzione dei convertitori a frequenza variabile (VFD) ha svincolato la velocità dalla frequenza di rete, trasformando la scelta del numero di poli in un problema di ottimizzazione multi-criterio. La tesi analizza l’influenza del numero di poli nei motori a induzione alimentati da inverter, valutandone l’impatto su densità di coppia, efficienza, distribuzione delle perdite, comportamento armonico, prestazioni dell’inverter e vincoli geometrici. I risultati mostrano che un basso numero di poli favorisce l’efficienza alle alte velocità e riduce lo stress sull’inverter, mentre configurazioni con più poli migliorano la densità di coppia e riducono le perdite di rame a basse velocità, a scapito però di maggiori perdite nel ferro e di un fattore di potenza inferiore. Si conclude che non esiste un numero di poli universalmente ottimale; la scelta dipende dai requisiti applicativi, dalle capacità dell’inverter e dalle priorità operative. La tesi propone un quadro strutturato per guidare la selezione del numero di poli più appropriato, al fine di garantire sistemi motore-inverter efficienti e affidabili.