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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Motori elettrici. motori asincroni. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici Motori asincroni chiamate macchine elettriche aventi almeno due avvolgimenti in cui le tensioni alternate sono sfasate l'una rispetto all'altra. Il principio di funzionamento Nei sistemi asincroni diventa possibile creare un campo magnetico rotante in un dispositivo meccanicamente fermo. Una bobina collegata ad una sorgente di corrente alternata produce un campo magnetico pulsante, cioè un campo magnetico che cambia di valore e direzione.
In un cilindro di diametro interno D, tre spire sono disposte sulla superficie, spostate spazialmente l'una rispetto all'altra di 120°. Le bobine sono collegate a una sorgente di tensione trifase (Figura 16.6). Sulla fig. 16.7 mostra un grafico delle correnti istantanee che formano un sistema trifase. Ciascuna delle bobine crea un campo magnetico pulsante. I campi magnetici delle bobine, interagendo tra loro, formano il risultante campo magnetico rotante, caratterizzato dal vettore dell'induzione magnetica risultante Sulla fig. 16.8 mostra i vettori di induzione magnetica di ciascuna fase e il vettore risultante Al momento t = t1 la corrente e l'induzione magnetica nella bobina A-X sono positive e massime, nelle bobine BY e CZ sono uguali e negative. Il vettore dell'induzione magnetica risultante è uguale alla somma geometrica dei vettori delle induzioni magnetiche delle bobine e coincide con l'asse della bobina A-X. Al momento t = t2 le correnti nelle bobine A-X e CZ sono uguali in grandezza e opposte in direzione. La corrente nella fase B è nulla. Il risultante vettore di induzione magnetica ruotato in senso orario di 30°.
Al momento t = t3 le correnti nelle bobine A-X e BY sono uguali in grandezza e positive, la corrente nella fase CZ è massima e negativa, il vettore del campo magnetico risultante si trova nella direzione negativa dell'asse della bobina CZ. Per un periodo di corrente alternata, il vettore del campo magnetico risultante ruoterà di 360°. Velocità lineare di movimento del vettore di induzione magnetica
dove
campo lungo la circonferenza di un cilindro di diametro D. Velocità della linea
dove n1 - frequenza sincrona di rotazione di un campo magnetico multipolare con il numero di coppie di poli Р. Le bobine mostrate in fig. 16.6, creare un campo magnetico bipolare, con numero di poli 2P = 2. La frequenza di rotazione del campo è di 3000 rpm. Per ottenere un campo magnetico quadripolare è necessario porre sei spire all'interno di un cilindro di diametro D, due per ogni fase. Quindi, secondo la formula (16.7), il campo magnetico ruoterà due volte più lentamente, con n1 = 1500 giri/min. Per ottenere un campo magnetico rotante, devono essere soddisfatte due condizioni:
disegno Un motore a induzione ha una parte fissa chiamata statore e una parte rotante chiamata rotore. Lo statore contiene un avvolgimento che crea un campo magnetico rotante. Esistono motori asincroni a gabbia di scoiattolo e rotore di fase. Nelle fessure del rotore con avvolgimento in cortocircuito vengono posizionate aste di alluminio o rame. Alle estremità le aste sono chiuse con anelli in alluminio o rame. Lo statore e il rotore sono realizzati con lamiere di acciaio elettrico per ridurre le perdite di correnti parassite. Il rotore di fase ha un avvolgimento trifase (per un motore trifase). Le estremità delle fasi sono collegate in un nodo comune e gli inizi sono portati a tre anelli di contatto posti sull'albero. Sugli anelli sono posizionate spazzole a contatto fisso. Un reostato di avviamento è collegato alle spazzole. Dopo aver avviato il motore, la resistenza del reostato di avviamento viene gradualmente ridotta a zero. Il principio di funzionamento di un motore a induzione Il principio di funzionamento di un motore asincrono sarà considerato sul modello mostrato in Fig. 16.9. Rappresentiamo il campo magnetico rotante dello statore come un magnete permanente che ruota con una frequenza di rotazione sincrona u. Le correnti sono indotte nei conduttori dell'avvolgimento chiuso del rotore. I poli del magnete si muovono in senso orario. A un osservatore posto su un magnete rotante, sembra che il magnete sia stazionario e che i conduttori dell'avvolgimento del rotore si muovano in senso antiorario. Le direzioni delle correnti rotoriche, determinate dalla regola della mano destra, sono mostrate in Fig. 16.9.
Usando la regola della mano sinistra, troviamo la direzione delle forze elettromagnetiche che agiscono sul rotore e lo fanno ruotare. Il rotore del motore ruoterà alla velocità n1 nel senso di rotazione del campo statorico. Il rotore ruota in modo asincrono, cioè la sua frequenza di rotazione n2 inferiore alla frequenza di rotazione del campo statorico w. La differenza relativa tra le velocità dei campi di statore e rotore è chiamata scorrimento:
Lo scorrimento non può essere uguale a zero, poiché a parità di velocità del campo e del rotore, l'induzione di correnti nel rotore si arresterebbe e, di conseguenza, non si avrebbe coppia elettromagnetica. La coppia elettromagnetica è bilanciata dalla coppia frenante opposta Se lo scorrimento del motore in stallo è uguale a uno, si dice che il motore è in modalità di cortocircuito. Motore asincrono a vuoto velocità n2 approssimativamente uguale alla frequenza sincrona n1. Se lo slittamento di un motore scarico è S = 0, si dice che il motore è al minimo. Lo scorrimento di una macchina asincrona funzionante in modalità motore varia da zero a uno. Una macchina asincrona può funzionare in modalità generatore. Per fare ciò, il suo rotore deve essere ruotato da un motore di terze parti nel senso di rotazione del campo magnetico dello statore con una frequenza n2 > n1. Scorrimento del generatore asincrono S < 0. Una macchina asincrona può funzionare come un freno macchina elettrico. Per fare ciò, è necessario ruotare il suo rotore nella direzione opposta alla direzione di rotazione del campo magnetico dello statore. In questa modalità, S > 1. Di norma, le macchine asincrone vengono utilizzate in modalità motore. Il motore a induzione è il tipo di motore più comune nel settore. La frequenza di rotazione del campo in un motore asincrono è rigidamente correlata alla frequenza di rete f1 e il numero di coppie di poli dello statore. Alla frequenza f1 = 50 Hz c'è quanto segue gamma di velocità (P - n1, giri/min): 1 - 3000; 2 - 1500; 3-1000; 4 - 750. Dalla formula (16.7) otteniamo
La velocità del campo dello statore rispetto al rotore è chiamata velocità di scorrimento
Frequenza corrente ed EMF nell'avvolgimento del rotore
Una macchina asincrona a rotore bloccato funziona come un trasformatore. Il flusso magnetico principale induce nello statore e negli avvolgimenti del rotore fisso EMF E1 ed E2K:
dove Fm - il valore massimo del flusso magnetico principale accoppiato agli avvolgimenti di statore e rotore; W1 e W2 - il numero di giri degli avvolgimenti dello statore e del rotore; Per ottenere una più favorevole distribuzione dell'induzione magnetica nel traferro tra statore e rotore, gli avvolgimenti di statore e rotore non sono concentrati all'interno di un polo, ma distribuiti lungo le circonferenze dello statore e del rotore. L'EMF dell'avvolgimento distribuito è inferiore all'EMF dell'avvolgimento concentrato. Questo fatto viene preso in considerazione introducendo i coefficienti di avvolgimento nelle formule che determinano l'entità delle forze elettromotrici degli avvolgimenti. I valori dei coefficienti di avvolgimento sono leggermente inferiori all'unità. EMF nell'avvolgimento di un rotore rotante
Corrente del rotore della macchina in funzione
dove R2 - resistenza attiva dell'avvolgimento del rotore; X2 - resistenza induttiva dell'avvolgimento del rotore,
Un motore monofase ha un avvolgimento situato sullo statore. Un avvolgimento monofase alimentato da corrente alternata creerà un campo magnetico pulsante. Poniamo in questo campo un rotore con avvolgimento cortocircuitato. Il rotore non ruoterà. Se fai girare il rotore con una forza meccanica di terze parti in qualsiasi direzione, il motore funzionerà in modo stabile. Questo può essere spiegato come segue. Il campo magnetico pulsante può essere sostituito da due campi magnetici rotanti in direzioni opposte con una frequenza sincrona n1 e aventi ampiezze del flusso magnetico pari alla metà dell'ampiezza del flusso magnetico del campo pulsante. Uno dei campi magnetici è chiamato rotazione in avanti, l'altro è chiamato rotazione inversa. Ciascuno dei campi magnetici induce correnti parassite nell'avvolgimento del rotore. Quando le correnti parassite interagiscono con i campi magnetici, si formano coppie dirette l'una di fronte all'altra. Sulla fig. 16.10 mostra le dipendenze del momento sul campo in avanti M ', il momento sul campo inverso M "e il momento risultante M nella funzione di scorrimento M \uXNUMXd M ' - M ".
Gli assi di scorrimento sono diretti l'uno di fronte all'altro. Nella modalità di avviamento, il rotore è soggetto a coppie uguali in grandezza e di direzione opposta. Facciamo girare il rotore con una forza di terze parti nella direzione di un campo magnetico reciproco. Apparirà una coppia in eccesso (risultante), accelerando il rotore a una velocità prossima a quella sincrona. In questo caso, lo scorrimento del motore rispetto al campo magnetico retto-rotante
Scorrimento del motore rispetto a un campo magnetico a rotazione inversa
Considerando la caratteristica risultante, possiamo trarre le seguenti conclusioni. Uscita 1. Un motore monofase non ha coppia di spunto. Ruoterà nella direzione in cui viene fatto ruotare da una forza esterna. Uscita 2. A causa dell'azione frenante del campo rotante inverso, le prestazioni di un motore monofase sono peggiori di quelle di un motore trifase. Per creare una coppia di avviamento, i motori monofase vengono forniti con un avvolgimento di avviamento spostato spazialmente rispetto all'avvolgimento di lavoro principale di 90 °. L'avvolgimento di avviamento è collegato alla rete tramite elementi di sfasamento: un condensatore o una resistenza attiva. La Figura 16.11 mostra il circuito di commutazione dell'avvolgimento del motore, dove P è l'avvolgimento di lavoro, P è l'avvolgimento di avviamento. La capacità dell'elemento di sfasamento C è selezionata in modo tale che le correnti negli avvolgimenti di lavoro e di avviamento differiscano in fase di 90 °. Un motore asincrono trifase può funzionare da una rete monofase se i suoi avvolgimenti sono collegati secondo i seguenti schemi (Fig. 16.12). Nello schema riportato in fig. 16.12, e gli avvolgimenti dello statore sono collegati da una stella, e nello schema di fig. 16.12, b - un triangolo. Valore di capacità C ~ 60 uF per 1 kW di potenza.
Autore: Koryakin-Chernyak S.L.
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, costruito per tre istanti di tempo t1, T2, T3. Le direzioni positive degli assi delle bobine sono contrassegnate con +1, +2, +3.
- Frequenza della tensione alternata; T è il periodo della corrente sinusoidale; pg - frequenza di rotazione del campo magnetico o frequenza di rotazione sincrona. Per un periodo T, il campo magnetico si sposta di una distanza 
dove
- divisione dei poli o distanza tra i poli del magnetico
donde
Con un aumento del carico sull'albero motore, la coppia frenante diventa maggiore della coppia e lo scorrimento aumenta. Di conseguenza, l'EMF e le correnti indotte nell'avvolgimento del rotore aumentano. La coppia aumenta e diventa uguale alla coppia frenante. La coppia può aumentare all'aumentare dello scorrimento fino ad un certo valore massimo, dopodiché, con un ulteriore aumento della coppia frenante, la coppia diminuisce bruscamente e il motore si arresta.
- frequenza della tensione nella rete; A01 e K02 - coefficienti di avvolgimento degli avvolgimenti di statore e rotore.
, dove x2K - resistenza induttiva del rotore frenato. Poi
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