Motor asincron
Motorul asincron este un motor electric cu curent alternativ în care viteza unghiulară a rotorului este mai mică decât viteza de rotație a câmpului magnetic generat de înfășurările statorului, de unde și asincronul (spre deosebire de motorul sincron , în care viteza rotorului este o funcție directă a frecvenței de generare a câmpului statoric). Motorul asincron se mai numește motor cu inducție în virtutea principiului său de funcționare descris mai jos.
Când, datorită unei forțe externe, rotorul are o viteză mai mare decât câmpul rotativ al statorului, motorul asincron poate fi utilizat ca generator asincron cu sau fără utilizarea condensatoarelor, în funcție de faptul dacă este conectat la rețea sau nu . Este utilizat pentru puteri mici, în cazurile în care ușurința de utilizare este preferată în locul motorului sincron care necesită utilizarea unui invertor (sau a unui sistem de excitație a câmpului rotorului) chiar în detrimentul eficienței. Cu toate acestea, eficiența este o funcție a puterii maxime și scade odată cu creșterea numărului de poli, în general pentru motoarele trifazate, aceasta variază de la 0,67 la 0,97 pentru motoarele mai mari [1] .
Istorie
Unul dintre primii savanți care a creat un motor electric utilizând câmpul magnetic rotativ a fost Galileo Ferraris în 1885 , chiar dacă sistemul era bifazat, dar care a brevetat sistemul trifazat [2] pentru utilizare practică la nivel industrial a fost Nikola Tesla în 1888 [3] . Înțelegerile lui Tesla au fost apoi exploatate de George Westinghouse , care în 1889 a fondat Westinghouse Electric Corporation , o companie care va face din producția de motoare asincrone trifazate una dintre activitățile sale principale. Un alt savant care a venit la motorul trifazat în același timp a fost germanul Friedrich August Haselwander în 1887, dar invenția sa a fost zădărnicită de autoritatea poștală. [4]
Structura
Motorul constă dintr-o parte fixă numită stator și o parte mobilă numită rotor . Statorul este format dintr-un pachet de laminări având forma unei coroane circulare. Canelurile din interiorul pachetului de laminare a statorului găzduiesc conductorii (sârmă de cupru emailată) a înfășurării statorului, care pot fi trifazate sau bifazate (în funcție de tipul de alimentare cu curent alternativ). Rotorul este situat în interiorul statorului și constă dintr-un pachet de laminări având forma unei coroane circulare. Are o gaură internă pentru trecerea arborelui de rotație și caneluri externe (fante de rotor) pentru a găzdui înfășurarea rotorului. Acesta din urmă poate fi de două tipuri:
- rotor înfășurat (numit și inele );
- rotor cușcă veveriță (numit și scurtcircuitat ).
Un spațiu mic numit gol de aer este lăsat între stator și rotor pentru a permite rotirea liberă a rotorului. Această grosime de aer subțire (care acționează ca un dielectric ) este de câteva zecimi de milimetru sau, în orice caz, la fel de mică pe cât permit toleranțele mecanice. Înfășurările statorice sunt în general încorporate în rășini, care garantează, de asemenea, o protecție excelentă împotriva apei și a agenților atmosferici.
Statorul conține, în general, un număr par de înfășurări, deoarece există în mod normal două pentru fiecare fază de alimentare. Un motor trifazat sau trifazat va avea deci cel puțin șase înfășurări, adică o pereche de poli pentru fiecare fază, în timp ce un motor bifazat va avea de obicei patru înfășurări. Cele două înfășurări ale fiecărei perechi polare sunt conectate în serie și dispuse fizic una față de cealaltă. În cazul motorului trifazat cu șase înfășurări, perechile de poli au o defazare de 120 de grade fizice și electrice; pe de altă parte, în motorul cu două faze cele două perechi polare au o defazare de 90 ° fizică și electrică.
Principiul de funcționare
Înfășurarea statorului este alimentată cu un curent alternativ; grație aranjării perechilor polare, defazate între ele, curentul generează un câmp magnetic general care se rotește în spațiu cu aceeași frecvență ca și curentul de alimentare ( câmp magnetic rotativ ), numit câmp statoric. Înfășurarea rotorului (echipată cu un anumit număr de faze, de obicei închise în scurtcircuit), este scufundată în acest câmp magnetic rotativ. Deoarece rotorul se rotește mai lent decât câmpul statorului (a se vedea alunecarea ), fluxul magnetic subtins de înfășurarea rotorului variază; în consecință, câmpul magnetic rotativ induce curenți în rotor prin inducție magnetică ( legea lui Faraday ). Acești curenți induși, la rândul lor, generează un câmp magnetic al rotorului, care se opune variațiilor fluxului; interacționează cu câmpul statorului, generând un cuplu pe înfășurarea rotorului care determină rotirea rotorului. De fapt, conform legii lui Lenz , câmpul magnetic indus în rotor are întotdeauna direcția opusă față de cea statorică.
Rotația câmpului magnetic al statorului are loc la o viteză fixă n s numită viteză de sincronism și legată de frecvența de alimentare f (50 Hz, adică 50 de rotații pe secundă, în cazul curentului de rețea din Europa și cu un motor cu un număr minim de perechi polare).
A) Motor monofazat
B) Motor polifazic cu colivie de veveriță unică
C) Motor polifazic cu cușcă de veveriță unică cu bare adânci
D) Motor polifazic cu cușcă de veveriță
Curenții induși în rotor vor produce la rândul lor un câmp magnetic care se rotește cu viteza n s - n r față de rotor, care se rotește cu viteza n r față de stator; rezultatul este că câmpul rotorului se rotește cu viteza n s față de stator și, prin urmare, este sincron cu câmpul stator.
Această condiție de sincronism între cele două unde de câmp magnetic asigură că motorul produce un cuplu constant . Situația în care n s = n r , adică viteza rotorului egală cu cea a sincronismului, este o condiție limită în care nu există forțe electromotoare (și, prin urmare, curenți induși) și, prin urmare, cuplul de acționare este zero. În caz contrar, interacțiunea reciprocă prin câmpurile magnetice relative dintre curenții rotorului și statorului produce un cuplu net rezultat. Prin urmare, viteza de rotație a rotorului n r va fi întotdeauna puțin mai mică decât viteza de sincronism; diferența este proporțională cu cuplul rezistent al motorului rotativ.
Legătura dintre viteza de sincronism n s , frecvența de alimentare f și numărul p de poli (sau p c de perechi de poli pe fază) se exprimă prin relația:
Unde n s este exprimat în rpm (rotații pe minut) și f este exprimat în Hz. De exemplu, în cel mai simplu caz, un motor trifazat cu o pereche de poli pe fază, alimentat la 50 Hz, are o viteză de sincronism unghiular de 3000 rpm. Pe de altă parte, în cazul a 2 perechi pe fază (p c = 2) motorul va avea o viteză unghiulară de 1500 rotații pe minut.
Viteza rotorului în condiții nominale este întotdeauna mai mică de 3-6%; este fenomenul de alunecare (alunecare) care permite producerea cuplului. Din formula care definește alunecarea este posibil să se exprime viteza efectivă de rotație a rotorului ( n r ):
unde s este alunecarea, n s este viteza de sincronism și n r este viteza reală la care se rotește rotorul.
Valoarea reală a alunecării depinde de sarcina reală a rotorului. Sarcina nu este niciodată zero, deoarece există întotdeauna fenomene de frecare între părțile în mișcare și cu aerul care împiedică rotirea motorului la viteza de sincronism, depășind acest cuplu mecanic .
Aceste motoare sunt alimentate frecvent de invertoare electronice care pot controla viteza de rotație a motorului, variind frecvența și tensiunea de alimentare într-un mod coordonat. Utilizarea invertoarelor face posibilă acționarea motorului chiar pornind de la un curent continuu, așa cum se întâmplă în tracțiunea feroviară .
Înfășurările statorice trifazate pot fi conectate în stea sau delta , permițând alimentarea aceluiași motor cu tensiuni trifazate de 400 și 230 V. În unele motoare mari, este de preferat să porniți în stea și apoi să comutați în delta, pentru a limita curenții de intrare, atunci când invertoarele nu sunt utilizate.
Există motoare asincrone cu putere de obicei mai mică de 3 kW alimentate și cu tensiuni monofazate. Astfel de motoare pot fi echipate cu înfășurări obișnuite în două faze, unde întârzierea introdusă de un condensator este utilizată pentru alimentarea celei de-a doua faze; un exemplu tipic îl reprezintă motoarele utilizate pentru rotirea lamelor ventilatoarelor de uz casnic sau ale uscătoarelor de păr. Pentru puteri foarte mici, se folosesc motoare în care a doua fază este un circuit închis spațial asimetric în scurtcircuit (motoare „cu șunt pol”).
Motoarele asincrone funcționează în mod normal cu înfășurările rotorului închise în scurtcircuit, dar rotorul poate fi executat în diferite construcții.
Rotor cușcă veveriță
În ceea ce privește structura circuitelor induse, cel mai simplu și mai robust tip de rotor se realizează prin introducerea în canale a mai multor bare de cupru sau aluminiu turnat sub presiune, fiecare dintre acestea umplând complet un canal. Capetele barelor care ies din pachetul lamelar sunt conectate direct între ele, de ambele părți, prin intermediul unui inel de cupru mare. Rotorul astfel construit își ia forma și este indicat cu numele de rotor în cușcă de veveriță sau rotor scurtcircuitat.
Aceste motoare își datorează numele asemănării rotorului cu cuștile utilizate în general de veverițe pentru curse.
Aceste motoare sunt utilizate pe scară largă în industrie, deoarece sunt fiabile și economice.
Precauții
Pentru a mări cuplul de pornire al motoarelor cu colivii de veveriță de mare putere (neavând rotorul accesibil ca în cazul celor cu înfășurare) este posibil să se utilizeze cuști diferite:
- scobită, mai puțin material de suport este utilizat pentru colivie de veveriță, această aplicație servește pentru a reduce greutatea, dar , de asemenea , scade rezistența mecanică și rigiditatea acestuia.
- rotor cu cușcă dublă , se utilizează oa doua cușcă, concentrică cu cea exterioară și, în funcție de modul în care sunt proiectate aceste bare ale celor două cuști, există un motor mai mult sau mai puțin capabil să reziste pornirii continue și repetitive a sarcinilor mari, această tehnologie este de asemenea, se distinge prin tranziția nu întotdeauna liniară de la turațiile mici la cele mari (schimbarea zgomotului).
- rotorul cuștii adânci, cușca veveriței, este construit folosind bare adânci și acest sistem permite o tranziție lină de la turații mici la turații mari.
Rotor plăgit
Acest tip de motor constă dintr-un pachet de inele circulare de foi magnetice canelate ca statorul. Înfășurarea este construită în același mod ca cea a statorului și terminalele sale sunt conectate la trei inele coaxiale cu rotorul. Pe aceste inele există perii fixe conectate la clemele rotorului.
Din punct de vedere istoric, clemele rotorului erau conectate la un reostat . Prin variația rezistenței electrice a reostatului, rezistența circuitelor rotorului ar putea fi mărită prin deplasarea cuplului maxim spre alunecarea unității ( s = 1 ⇒ rotor staționar), astfel încât să fie disponibil cuplul maxim de pornire în timpul pornirii motorului fază.pentru a reduce curenții absorbiți la intrare [5] . Această metodă este utilizată pentru a porni motoare de dimensiuni medii (10-300 kW). După pornirea motorului, rezistențele reostatice trebuie deconectate după scurtcircuitarea corespunzătoare a circuitelor rotorului. În special, dacă rezistențele reostatice sunt conectate la circuitele rotorului, curba cuplului se schimbă deoarece cuplul maxim se deplasează spre alunecarea unității și, prin urmare, se obține un punct de lucru cu turație mai mică (utilizarea rezistențelor reostatice pentru a regla viteza).
În prezent, motoarele asincrone cu rotor înfășurat sunt aplicate convenabil, împreună cu invertoarele, în unități de acționare cu viteză variabilă sau generatoare în care gama de variație a turației este mică. Cel mai tipic și răspândit caz este cel al generatoarelor eoliene.
Notă
- ^ PERFORMANȚA MAȘINILOR ELECTRICE ȘI DEZVOLTAREA MOTORILOR ȘI INVERSORILOR DE EFICIENȚĂ ÎNALTĂ
- ^ în 1888
- ^ Inginerul electric. (1888). London: Biggs & Co. Pg., 239. [cf., "[...] noua aplicație a curentului alternativ în producția de mișcare rotativă a fost făcută cunoscută aproape simultan de doi experimentatori, Nikola Tesla și Galileo Ferraris, și subiectul a atras atenția generală din faptul că nu a fost necesar niciun comutator sau conexiune de orice fel cu armătura. "]
- ^ KIT: Invenția motorului electric 1856-1893 http://www.eti.kit.edu/english/1390.php
- ^ Motorul electric asincron
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe un motor asincron
linkuri externe
- ( EN ) Motor asincron , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
- Cum funcționează un motor cu inducție? , pe YouTube.com .
- Reglarea vitezei mașinii asincrone , pe barrascarpetta.org .
- Principiile și funcționarea motorului asincron trifazat [ link rupt ] , pe ajaxbandieri.com .
- Câmp magnetic rotativ trifazat , pe sandroronca.it .
- Stabilitatea aparatului sincron - de la ElectroYou
| Controlul autorității | Tesauro BNCF 30822 · LCCN (EN) sh85041851 · GND (DE) 4150597-9 · BNF (FR) cb119323672 (data) · NDL (EN, JA) 00.574.422 |
|---|
