El dispositiu i principi de funcionament dels motors elèctrics asíncrons

Cotxes elèctricsLa conversió d'energia elèctrica de corrent altern a energia mecànica s'anomenen motors elèctrics de CA.

A la indústria, els motors asíncrons trifàsics són els més estesos. Vegem el dispositiu i el principi de funcionament d'aquests motors.

El principi de funcionament del motor d'inducció es basa en l'ús d'un camp magnètic giratori.

Per entendre el funcionament d'aquest motor, realitzarem el següent experiment.

Enfortirem imant de ferradura a l'eix perquè pugui ser girat per la nansa. Entre els pols de l'imant col·loquem un cilindre de coure al llarg de l'eix, que pot girar lliurement.

Figura 1. El model més senzill per obtenir un camp magnètic giratori

Comencem a girar l'imant del mànec en sentit horari. El camp de l'imant també començarà a girar i, a mesura que gira, travessarà el cilindre de coure amb les seves línies de força. En un cilindre segons la llei de la inducció electromagnètica, tindrà corrents de Foucaultque crearan els seus camp magnètic — el camp del cilindre. Aquest camp interactuarà amb el camp magnètic de l'imant permanent, fent que el cilindre giri en la mateixa direcció que l'imant.

Es va trobar que la velocitat de rotació del cilindre és lleugerament inferior a la velocitat de rotació del camp magnètic.

De fet, si el cilindre gira a la mateixa velocitat que el camp magnètic, aleshores les línies del camp magnètic no el creuen i, per tant, no hi apareixen corrents de Foucault, fent que el cilindre giri.

La velocitat de rotació del camp magnètic sol anomenar-se síncrona, perquè és igual a la velocitat de rotació de l'imant, i la velocitat de rotació del cilindre és asíncrona (asíncrona). Per tant, el propi motor s'anomena motor d'inducció... La velocitat de gir del cilindre (rotor) difereix de velocitat de gir sincrònica del camp magnètic amb una mica de lliscament.

Indica la velocitat de rotació del rotor a través de n1 i la velocitat de rotació del camp a través de n podem calcular el percentatge de lliscament mitjançant la fórmula:

s = (n — n1) / n.

En l'experiment anterior hem obtingut un camp magnètic giratori i la rotació del cilindre provocada per aquest a causa de la rotació d'un imant permanent, per tant, aquest dispositiu encara no és un motor elèctric... S'hauria de fer. electricitat crear un camp magnètic giratori i utilitzar-lo per girar el rotor. Aquest problema va ser resolt de manera brillant en el seu temps per M. O. Dolivo-Dobrovolski. Va proposar utilitzar corrent trifàsic per a aquest propòsit.

El dispositiu d'un motor elèctric asíncron M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figura 2. Esquema del motor elèctric asíncron Dolivo-Dobrovolsky

Als pols d'un nucli de ferro en forma d'anell, anomenat estator del motor, es col·loquen tres bobinatges, xarxes de corrent trifàsica 0 situades entre si en un angle de 120 °.

Dins del nucli, un cilindre metàl·lic, l'anomenat rotor del motor elèctric.

Si les bobines estan interconnectades com es mostra a la figura i connectades a una xarxa de corrent trifàsica, aleshores el flux magnètic total creat pels tres pols serà giratori.

La figura 3 mostra el gràfic dels canvis en els corrents en els bobinats del motor i el procés d'aparició d'un camp magnètic giratori.

Vegem aquest procés amb més detall.

Figura 3. Obtenció d'un camp magnètic giratori

A la posició «A» del gràfic, el corrent en la primera fase és zero, en la segona fase és negatiu i en la tercera és positiu. El corrent flueix a través de les bobines del pol en la direcció indicada per les fletxes de la figura.

Un cop determinat, d'acord amb la regla de la dreta, la direcció del flux magnètic creat pel corrent, ens assegurarem que el pol sud (S) es crearà a l'extrem del pol interior (de cara al rotor) del tercer bobinatge i el pol nord (C ) es crearà al pol de la segona bobina. El flux magnètic total es dirigirà des del pol de la segona bobina a través del rotor fins al pol de la tercera bobina.

A la posició «B» del gràfic, el corrent en la segona fase és zero, en la primera fase és positiu i en la tercera és negatiu. El corrent que flueix pels bobinatges del pol crea un pol sud (S) al final del primer bobinatge i un pol nord (C) al final del tercer bobinatge. El flux magnètic total es dirigirà ara des del tercer pol a través del rotor fins al primer pol, és a dir, els pols es mouran 120 °.

A la posició «B» del gràfic, el corrent en la tercera fase és zero, en la segona fase és positiu i en la primera fase és negatiu.Ara el corrent que flueix per la primera i la segona bobina crearà un pol nord (C) a l'extrem del pol de la primera bobina, i un pol sud (S) a l'extrem del pol de la segona bobina, és a dir. , la polaritat del camp magnètic total es desplaçarà 120 ° més. A la posició «G» del gràfic, el camp magnètic es mourà 120 ° més.

Així, el flux magnètic total canviarà de direcció amb un canvi en la direcció del corrent als bobinatges de l'estator (pols).

En aquest cas, durant un període de canvi de corrent a les bobines, el flux magnètic farà una revolució completa. El flux magnètic giratori arrossegarà el cilindre amb ell i així obtindrem un motor elèctric asíncron.

Recordeu que a la figura 3 els bobinats de l'estator estan connectats en estrella, però es forma un camp magnètic giratori quan estan connectats en delta.

Si canviem els bobinatges de la segona i la tercera fase, el flux magnètic invertirà el seu sentit de gir.

El mateix resultat es pot aconseguir sense canviar els bobinatges de l'estator, però dirigint el corrent de la segona fase de la xarxa a la tercera fase de l'estator i la tercera fase de la xarxa a la segona fase de l'estator.

Per tant, podeu canviar la direcció de rotació del camp magnètic canviant dues fases.

Hem considerat un dispositiu amb un motor d'inducció amb tres bobinatges d'estator... En aquest cas, el camp magnètic giratori és bipolar, i el nombre de revolucions per segon és igual al nombre de períodes de canvi de corrent en un segon.

Si es col·loquen sis bobines a l'estator al voltant de la circumferència, llavors un camp magnètic giratori de quatre pols... Amb nou bobines, el camp serà de sis pols.

A una freqüència de corrent trifàsica igual a 50 períodes per segon o 3000 per minut, el nombre de revolucions n del camp giratori per minut serà:

amb estator bipolar n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

amb un estator de quatre pols n = (50 NS 60) / 2 = 1500 revolucions,

amb un estator de sis pols n = (50 NS 60) / 3 = 1000 voltes,

amb el nombre de parells de pols de l'estator igual a p: n = (f NS 60) / p,

Així, vam establir la velocitat de rotació del camp magnètic i la seva dependència del nombre de bobinatges de l'estator del motor.

Com sabem, el rotor del motor es retardarà una mica en la seva rotació.

Tanmateix, el retard del rotor és molt petit. Per exemple, quan el motor està al ralentí, la diferència de velocitat és només del 3% i sota càrrega del 5-7%. Per tant, la velocitat del motor d'inducció canvia dins de límits molt reduïts quan canvia la càrrega, que és un dels seus avantatges.

Considereu ara el dispositiu de motors elèctrics asíncrons

Motor elèctric asíncron desmuntat: a) estator; b) rotor de gàbia d'esquirol; c) rotor en fase d'execució (1 - bastidor; 2 - nucli de xapes d'acer estampades; 3 - bobinat; 4 - eix; 5 - anells lliscants)

L'estator d'un motor elèctric asíncron modern té pols no pronunciats, és a dir, la superfície interior de l'estator es fa completament llisa.

Per reduir les pèrdues de corrent de Foucault, el nucli de l'estator està format a partir de làmines d'acer estampades primes. El nucli de l'estator muntat es fixa en una carcassa d'acer.

A les ranures de l'estator es col·loca una bobina de filferro de coure. Els bobinats de fase de l'estator del motor elèctric estan connectats per una "estrella" o "delta", per a la qual cosa es porten tots els inicis i finals dels enrotllaments al cos - a un escut aïllant especial. Aquest dispositiu d'estator és molt convenient, ja que permet encendre els seus bobinatges a diferents voltatges estàndard.

Un rotor de motor d'inducció, com un estator, està muntat a partir de làmines d'acer estampades. Es col·loca una bobina a les ranures del rotor.

Segons el disseny del rotor, els motors elèctrics asíncrons es divideixen en rotor de gàbia d'esquirol i motors de rotor de fase.

El bobinatge del rotor de la gàbia d'esquirol està fet de barres de coure inserides a les ranures del rotor. Els extrems de les varetes estan connectats amb un anell de coure. Això s'anomena rodament de gàbia d'esquirol. Tingueu en compte que les barres de coure dels canals no estan aïllades.

En alguns motors, la "gàbia d'esquirol" es substitueix per un rotor fos.

Motor de rotor asíncron (amb anelles colectores) s'utilitza generalment en motors elèctrics d'alta potència i en aquests casos; quan cal que el motor elèctric creï una gran força en arrencar. Això s'aconsegueix pel fet que els bobinatges del motor de fase estan connectats arrencada del reòstat.

Els motors d'inducció de gàbia d'esquirol es posen en funcionament de dues maneres:

1) Connexió directa de la tensió de xarxa trifàsica a l'estator del motor. Aquest mètode és el més senzill i popular.

2) Reducció de la tensió aplicada als bobinats de l'estator. La tensió es redueix, per exemple, canviant els bobinatges de l'estator d'estrella a triangle.

El motor s'engega quan els bobinats de l'estator estan connectats en "estrella" i quan el rotor arriba a la velocitat normal, els bobinats de l'estator es canvien a la connexió "delta".

El corrent en els cables d'alimentació en aquest mètode d'arrencada del motor es redueix 3 vegades en comparació amb el corrent que es produiria en arrencar el motor per connexió directa a la xarxa amb bobinatges de l'estator connectats per «delta».Tanmateix, aquest mètode només és adequat si l'estator està dissenyat per a un funcionament normal quan els seus bobinatges estan connectats en triangle.

El més senzill, més barat i més fiable és un motor asíncron de gàbia d'esquirol, però aquest motor té alguns desavantatges: baix esforç d'arrencada i gran corrent d'arrencada. Aquests inconvenients s'eliminen en gran mesura amb l'ús d'un rotor de fase, però l'ús d'aquest rotor augmenta considerablement el cost del motor i requereix l'arrencada del reòstat.

Tipus de motors asíncrons

El tipus principal de màquina asíncrona és un motor asíncron trifàsic... Té tres bobinatges d'estator situats a 120 ° l'un de l'altre. Les bobines estan connectades en estrella o triangle i alimentades per corrent altern trifàsic.

Els motors de baixa potència s'implementen en la majoria dels casos com a bifàsics... A diferència dels motors trifàsics, tenen dos bobinatges d'estator, els corrents dels quals s'han de compensar en angle per crear un camp magnètic giratori π/2.

Si els corrents dels bobinatges són iguals en magnitud i es desplacen en fase 90 °, el funcionament d'aquest motor no diferirà de cap manera del funcionament d'un trifàsic. Tanmateix, aquests motors amb dos bobinatges d'estator s'alimenten en la majoria dels casos per una xarxa monofàsica i es crea artificialment un desplaçament que s'aproxima als 90 °, generalment a causa de condensadors.

El motor monofàsic només un bobinat de l'estator està pràcticament inactiu.Quan el rotor està estacionari, només es crea un camp magnètic pulsatori al motor i el parell és zero. És cert que si el rotor d'aquesta màquina gira a una velocitat determinada, pot realitzar les funcions d'un motor.

En aquest cas, tot i que només hi haurà un camp pulsatori, consta de dos simètrics - cap endavant i cap enrere, que creen parells desiguals - un motor més gran i menys frenada, que sorgeixen a causa dels corrents del rotor de freqüència augmentada (lliscament contra el síncron invers camp és superior a 1).

En relació amb l'anterior, els motors monofàsics es subministren amb un segon bobinat que s'utilitza com a bobinat d'arrencada. Els condensadors s'inclouen al circuit d'aquesta bobina per crear un canvi de fase del corrent, la capacitat del qual pot ser bastant gran (desenes de microfarads amb una potència del motor inferior a 1 kW).

Els sistemes de control utilitzen motors bifàsics, de vegades anomenats executius... Tenen dos bobinatges d'estator desplaçats a l'espai en 90 °. Un dels bobinatges, anomenat bobinatge de camp, està connectat directament a una xarxa de 50 o 400 Hz. El segon s'utilitza com a bobina de control.

Per crear un camp magnètic giratori i el parell corresponent, el corrent de la bobina de control s'ha de desplaçar en un angle proper als 90 °. La regulació de la velocitat del motor, com es mostrarà a continuació, es fa canviant el valor o fase del corrent en aquesta bobina. El contrari s'obté canviant la fase del corrent a la bobina de control en 180 ° (commutat de la bobina).

Els motors bifàsics es produeixen en diverses versions:

• amb rotor de gàbia d'esquirol,

• amb un rotor buit no magnètic,

• amb un rotor magnètic buit.

Motors lineals

La transformació del moviment de rotació del motor en el moviment de translació dels òrgans de la màquina de treball està sempre associada a la necessitat d'utilitzar qualsevol unitat mecànica: cremalleres, cargol, etc.només condicionalment — com a òrgan en moviment).

En aquest cas, es diu que el motor està desplegat. El bobinatge de l'estator d'un motor lineal es realitza de la mateixa manera que per a un motor volumètric, però només s'ha de col·locar a les ranures al llarg de tota la longitud del màxim moviment possible del rotor lliscant. El rotor lliscant sol estar en curtcircuit, el cos de treball del mecanisme s'articula amb ell. Per descomptat, als extrems de l'estator hi ha d'haver topades per evitar que el rotor surti dels límits de treball del camí.