Motor asíncron monofàsic: com funciona

El mateix nom d’aquest dispositiu elèctric indica que l’energia elèctrica que se li subministra es converteix en moviment de rotació del rotor. A més, l'adjectiu "asíncron" caracteritza el desajust, el retard de la velocitat de rotació de l'armadura des del camp magnètic de l'estator.

La paraula "monofàsica" provoca una definició ambigua. Això es deu al fet que el terme "fase" en electricitat defineix diversos fenòmens:

• desplaçament, diferència d’angles entre quantitats vectorials;

• conductor potencial de circuit elèctric de dos, tres o quatre fils;

• un dels bobinatges d’estator o rotor d’un motor o generador trifàsic.

Per tant, aclarim immediatament que és habitual anomenar un motor elèctric monofàsic que funciona en una xarxa de CA de dos fils representada per un potencial de fase i zero. El nombre de bobinatges muntats en diversos dissenys d'estadors no afecta aquesta definició.

Disseny del motor

Segons el seu dispositiu tècnic, un motor d’inducció consta de:

1. un estator: una part fixa estàtica, feta per un carcassa amb diversos elements elèctrics situats al damunt;

2. un rotor girat per les forces del camp electromagnètic de l'estator.

La connexió mecànica d’aquestes dues parts es realitza mitjançant coixinets de rotació, els anells interiors dels quals es munten als socs muntats de l’eix del rotor i els exteriors es munten en tapes laterals de protecció fixades a l’estator.

Rotor

El seu dispositiu per a aquests models és el mateix que per a tots els motors d’inducció: un nucli magnètic procedent de plaques carregades basades en aliatges de ferro tou es munta sobre un eix d’acer. A la seva superfície exterior, es realitzen solcs en els quals es munten les barres sinuoses d’alumini o coure, acortades als extrems als anells de tancament.

Es produeix un corrent elèctric en l’enrotllament del rotor, que és induït pel camp magnètic de l’estator, i el circuit magnètic serveix per al bon pas del flux magnètic creat aquí.

Es poden fer dissenys de rotor separats per a motors monofàsics amb materials no magnètics o ferromagnètics en forma de cilindre.

Stator

També es presenta el disseny de l'estator:

• cos;

• circuit magnètic;

• sinuós.

El seu objectiu principal és generar un camp electromagnètic fix o giratori.

El bobinat de l'estator consisteix generalment en dos circuits:

1. treballador;

2. llançador.

En els dissenys més senzills, dissenyats per filar manualment l'àncora, només es pot fer un enrotllament.

El principi de funcionament d’un motor elèctric monofàsic asíncron

Per simplificar la presentació del material, imaginem-nos que la bobina de l'estator es realitza amb un sol bucle. Els seus cables dins de l’estator es distribueixen en cercle a 180 graus angulars. Hi passa un corrent sinusoïdal altern, amb mitges ones positives i negatives. No crea un camp magnètic giratori, sinó un impuls.

Com es produeixen pulsacions de camp magnètic

Analitzem aquest procés utilitzant l’exemple d’un corrent positiu de mitja ona que flueix en els instants t1, t2, t3.

Passa per la part superior del camí actual cap a nosaltres, i per la part inferior - de nosaltres. Al pla perpendicular representat pel circuit magnètic, apareixen fluxos magnètics al voltant del conductor.

Els corrents que varien en amplitud en els instants de temps considerats creen camps electromagnètics F1, F2 i F3 de diferent magnitud. Com que el corrent a la meitat superior i inferior és el mateix, però la bobina està doblegada, els fluxos magnètics de cada part es dirigeixen en sentit contrari i destrueixen l’efecte de l’altra.Això pot determinar-se per la regla d'un cop de mà o de la mà dreta.

Com podeu veure, amb una mitja ona positiva, no s’observa la rotació del camp magnètic, però només es produeix la seva ondulació a les parts superiors i inferiors del filferro, que també s’equilibra mútuament en el circuit magnètic. El mateix procés es produeix amb una secció negativa del sinusoide, quan els corrents inversen la direcció.

Com que no hi ha un camp magnètic giratori, el rotor també es mantindrà estacionari, perquè no hi ha forces aplicades per iniciar la rotació.

Com es crea la rotació del rotor en un camp pulsatiu

Si feu un gir al rotor, fins i tot amb la mà, continuarà aquest moviment. Per explicar aquest fenomen, mostrem que el flux magnètic total varia en la freqüència del sinusoide actual des de zero fins al valor màxim en cada semicicle (amb un canvi de direcció) i consta de dues parts formades a les branques superior i inferior, tal com es mostra a la figura.

El camp polsant magnètic de l’estator consta de dos circulars amb una amplitud de Fmax / 2 i que es mouen en direccions oposades amb la mateixa freqüència.

npr = nbr = f60 / p = 1.

En aquesta fórmula s’indiquen:

• Freqüència de rotació npr i més noble del camp magnètic de l'estator en les direccions cap endavant i inversa;

• n1 és la velocitat del flux magnètic giratori (r / min);

• p és el nombre de parells de pols;

• f és la freqüència del corrent en el bobinatge de l'estator.

Ara amb la mà donarem la rotació del motor en una direcció i immediatament recollirà el moviment a causa de l’aparició d’un parell causat pel lliscament del rotor en relació amb diferents fluxos magnètics de les direccions cap endavant i inversa.

Suposem que el flux magnètic de la direcció cap endavant coincideix amb la rotació del rotor, i el revers, respectivament, serà el contrari. Si n2 és la freqüència de rotació de l’àncora en rpm, podem escriure l’expressió n2

En aquest cas, denotem Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Aquí, els índexs S i Spr denoten el lliscament del motor d’inducció i el rotor del flux magnètic relatiu de la direcció cap endavant.

Al flux invers, la relliscada Sobr s’expressa mitjançant una fórmula similar, però amb el canvi de signe n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

D’acord amb la llei de la inducció electromagnètica, sota la influència de fluxos magnètics directes i inversos, una força electromotriu actuarà en l’enrotllament del rotor, la qual cosa crearà corrents de les mateixes direccions I2pr i I2obr.

La seva freqüència (en hertz) serà directament proporcional a la magnitud del lliscament.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

D'altra banda, la freqüència f2obr formada pel corrent induït I2obr supera significativament la freqüència f2pr.

Per exemple, un motor elèctric funciona en una xarxa de 50 Hz amb n1 = 1500 i n2 = 1440 rpm. El seu rotor té un lliscament en relació amb el flux magnètic de la direcció endavant Spr = 0,04 i la freqüència actual f2pr = 2 Hz. El lliscament invers Sobr = 1,96, i la freqüència actual f2obr = 98 Hz.

Basat en la llei Ampere, quan l’actual I2pr i el camp magnètic interactпр interaccionen, apareix un parell Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Aquí, el coeficient constant SM depèn del disseny del motor.

En aquest cas també actua el flux magnètic invers Mobr, que es calcula amb l’expressió:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Com a resultat de la interacció d’aquests dos fluxos, apareixerà el que en resulta:

M = Mpr-Mobr.

Atenció! Quan el rotor gira, s’hi indueixen corrents de diferents freqüències que creen moments de forces en direccions diferents. Per tant, l’armadura del motor girarà sota l’acció d’un camp magnètic polsador en la direcció des del qual va començar a girar.

Durant la superació de la càrrega nominal per un motor monofàsic, es crea una lleugera relliscada amb la part principal del parell directe Mpr. La contrarestació del camp magnètic invers inhibidor i MOBR té un efecte molt lleu a causa de la diferència en les freqüències dels corrents de les direccions cap endavant i inversa.

El f2obr del corrent invers supera significativament la f2pr, i la inductància induïda X2obr supera enormement el component actiu i proporciona un gran efecte desmagnetitzador del flux magnètic invers Fobr, que finalment disminueix.

Com que el factor de potència del motor sota càrrega és petit, el flux magnètic invers no pot tenir un fort efecte sobre el rotor giratori.

Quan una fase de la xarxa s'aplica a un motor amb rotor fix (n2 = 0), el lliscament, tant endavant com invers, són iguals a la unitat i els camps magnètics i les forces dels fluxos cap endavant i invers són equilibrats i no es produeix la rotació. Per tant, des del subministrament d’una fase és impossible desenrotllar l’armadura del motor.

Com determinar ràpidament la velocitat del motor:

Com es crea la rotació del rotor en un motor asíncron monofàsic

Al llarg de tota la història del funcionament d'aquests dispositius, s'han desenvolupat les solucions de disseny següents:

1. desenrotllament manual de l’eix amb una mà o cordó;

2. l’ús d’un enrotllament addicional connectat durant la posada en marxa a causa d’una resistència òrmica, capacitiva o inductiva;

3. Dividir per una bobina magnètica de curtcircuit del circuit magnètic estator.

El primer mètode es va utilitzar en el desenvolupament inicial i no es va començar a aplicar en el futur a causa dels possibles riscos de lesions en l'arrencada, encara que no requereix la connexió de cadenes addicionals.

Aplicació de l'enrotllament de fase a l'estator

Per donar la rotació inicial del rotor al bobinat de l'estator, en el moment de la posada en marxa, es connecta un auxiliar addicional, però només es desplaça un angle de 90 graus. Es realitza amb un fil més gruixut per passar més corrents que fluir en el treball.

A la figura de la dreta es mostra el diagrama de connexió d'aquest motor.

Aquí s’utilitza un botó de tipus PNVS, que va ser especialment creat per a aquests motors i va ser àmpliament utilitzat en l’operació de rentadores fabricades a l’URSS. Aquest botó activa immediatament 3 contactes de manera que els dos extrems, després de prémer-se i deixar-se anar, queden fixats en estat d’encesa i el del centre es tanca breument, i després torna a la seva posició original sota l’acció de la molla.

Els contactes extrems tancats es poden desconnectar prement el botó Atura adjunt.

A més del polsador, s'utilitzen els següents en mode automàtic per desactivar la bobina addicional:

1. commutadors centrífugs;

2. Relés diferencials o de corrent;

3. temporitzadors mecànics.

Per millorar l’arrencada del motor sota càrrega, s’utilitzen elements addicionals en el bobinat de canvi de fase.

Connexió d’un motor monofàsic amb resistència d’arrencada

En un circuit així, la resistència ohmica es munta seqüencialment al bobinat addicional de l'estator. En aquest cas, el bobinat dels girs es realitza de forma bifilar, sempre que el coeficient d’autoinducció de la bobina sigui molt proper a zero.

A causa de la implementació d'aquestes dues tècniques, quan els corrents passen per diferents bobinats, es produeix un desplaçament de fase d'uns 30 graus entre elles, cosa que és suficient. La diferència d’angles es crea canviant les resistències complexes de cada circuit.

Amb aquest mètode, encara es pot trobar un enrotllament inicial amb una baixa inductància i una major resistència. Per a això, s'utilitza l'enrotllament amb un petit nombre de voltes d'un filferro de secció rebaixada.

Connexió d’un motor monofàsic amb arrencada del condensador

El canvi de corrent de fase capacitiva permet crear una connexió a curt termini del bobinat amb un condensador connectat en sèrie. Aquesta cadena només funciona quan el motor entra al mode i després s'apaga.

L’inici del condensador crea el parell més alt i un factor de potència més elevat que amb un mètode d’arrencada resistiu o inductiu. Pot arribar a un valor del 45 ÷ 50% del valor nominal.

En circuits separats, també s'afegeix una capacitança a la cadena de bobinatge de treball, que està encesa constantment. A causa d'això, s'obtenen desviacions de corrents en els bobinatges per un angle de l'ordre de π / 2. Al mateix temps, es nota un canvi d’amplituds màxims a l’estator, que proporciona un bon parell a l’eix.

A causa d'aquesta tècnica, el motor és capaç de generar més potència en la posada en marxa. Tanmateix, aquest mètode només s’utilitza amb unitats d’arrencada intensa, per exemple, per girar el tambor d’una rentadora plena de llenç amb aigua.

El disparador del condensador permet canviar la direcció de gir de l'armadura. Per fer-ho, només cal canviar la polaritat de la connexió de la bobina d’arrencada o de treball.

Connexió de motor monofàsica a pols dividits

Els motors asíncrons amb una potència petita d’uns 100 W utilitzen la divisió del flux magnètic de l’estator a causa de la inclusió d’una bobina de coure de curtcircuit en el pol del circuit magnètic.

Es talla en dues parts, un pol així crea un camp magnètic addicional, que es muda de la principal en angle i el debilita en el lloc cobert per la bobina. Degut a això, es crea un camp giratori el·líptic, formant un moment de gir de direcció constant.

En aquests dissenys, es poden trobar shunts magnètics de plaques d’acer que tanquen les vores de les puntes dels pals de l’estator.

Es poden trobar motors de dissenys similars en dispositius de ventilació per bufar aire. No tenen la capacitat de revertir.