La impresionante potencia de un motor eléctrico asíncrono, que transforma la electricidad en energía rotacional, no se crea debido a ningún componente mecánico: para una rotación tan poderosa, solo se utilizan electroimanes en su "relleno".

Rotor de motor de inducción: diseño

Rotor: un elemento de un motor eléctrico que gira dentro del estator (componente fijo), cuyo eje está conectado a las partes de las unidades de trabajo, por ejemplo, sierras, turbinas y bombas. El núcleo laminado está formado por placas individuales de acero eléctrico con ranuras semicerradas o abiertas.

El rotor masivo es un cilindro de acero sólido colocado dentro del estator, con un núcleo presionado sobre su superficie.

Sin contacto, no conectado a ningún dispositivo externo circuito eléctrico el devanado del rotor crea par y es de dos tipos:

• cortocircuitado (rotor cortocircuitado);
• fase (rotor de fase).

rotor de jaula de ardilla

Varillas de cobre altamente conductoras (para máquinas de alta potencia) o varillas de aluminio (para máquinas de menor potencia) soldadas o vertidas en la superficie del núcleo y cortocircuitadas desde los extremos con dos anillos que juegan el papel de electroimanes con polos orientados hacia el estator. . Este diseño se llama "jaula de ardilla", que le dio el ingeniero eléctrico ruso M. O. Dolivo-Dobrovolsky.

Las varillas del devanado no tienen ningún aislamiento, ya que el voltaje en dicho devanado es cero. Más comúnmente utilizado para varillas de motores de potencia media, el aluminio de fácil fusión se caracteriza por una baja densidad y una alta conductividad eléctrica. Para reducir los armónicos más altos de la fuerza electromotriz (EMF) y eliminar la ondulación campo magnético, las varillas del rotor tienen un cierto ángulo de inclinación calculado con respecto al eje de rotación.

En los motores de baja potencia, las ranuras del núcleo generalmente están cerradas: separando el rotor del espacio de aire, una placa de acero le permite fijar adicionalmente los devanados, pero a expensas de un aumento en su resistencia inductiva.

rotor de fase

Se caracteriza por no diferir prácticamente del devanado del estator trifásico (en más caso general- devanado multifásico) colocado en las ranuras del núcleo, cuyos extremos están conectados de acuerdo con el esquema de "estrella". Los cables de bobinado están conectados a anillos de contacto fijados en el eje del rotor, a los cuales, cuando se arranca el motor, se presionan y deslizan cepillos estacionarios de grafito o metal-grafito conectados al reóstato.

Para limitar las corrientes de Foucault resultantes, suele ser suficiente una película de óxido aplicada a la superficie de los devanados, en lugar de barnices aislantes.

Una resistencia trifásica de arranque o ajuste añadida al circuito de devanado del rotor le permite cambiar la resistencia activa del circuito del rotor, lo que ayuda a reducir las altas corrientes de arranque. Se pueden utilizar reóstatos:

• alambre metálico o escalonado - con cambio manual o automático de un nivel de resistencia a otro;
• líquido, cuya resistencia está regulada por la profundidad de inmersión en el electrolito de los electrodos.

Para aumentar la durabilidad de las escobillas, algunos modelos de rotores de fase están equipados con un mecanismo especial de jaula de ardilla que levanta las escobillas después de arrancar el motor y cierra los anillos.

Los motores asíncronos con rotor de fase se caracterizan por un diseño más complejo que los de jaula de ardilla, pero al mismo tiempo, características de arranque y control más óptimas.

Principio de funcionamiento

Los electroimanes del estator están ubicados cerca de las barras del rotor y les transmiten electricidad para hacerlo girar. El campo magnético inducido en el rotor seguirá al campo magnético del estator, realizando así la rotación mecánica del eje del rotor y unidades asociadas. Al mismo tiempo, la inducción electromagnética creada por las bobinas del estator empuja la corriente en las varillas estrictamente lejos de sí misma. El valor de la corriente en las varillas cambia con el tiempo.

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El propio nombre de este aparato eléctrico indica que Energía eléctrica, que llega a él, se convierte en movimiento rotatorio rotor. Además, el adjetivo "asincrónico" caracteriza la discrepancia, el retraso de las velocidades de rotación de la armadura del campo magnético del estator.

La palabra "monofásico" provoca una definición ambigua. Esto se debe a que en la eléctrica determina varios fenómenos:

cambio, diferencia de ángulo entre cantidades vectoriales;

conductor potencial de dos, tres o cuatro hilos circuito eléctrico corriente alterna;

uno de los devanados del estator o del rotor motor trifasico o un generador.

El relé principal se alimenta a través de un conjunto de 4 relés, que están desconectados debido a que uno de los relés no está controlado por la fuente de alimentación. Por lo tanto, el relé principal proporciona alimentación trifásica al motor, que se apaga. El termistor está conectado al cuerpo del motor de inducción para detectar la temperatura. Si la temperatura aumenta, el cuarto relé se desactiva.

Además, este diseño se puede desarrollar usando sensores de corriente para protección contra sobrecarga y un sensor de secuencia de fase para proteger el motor de una secuencia de fase incorrecta. Así, todo esto concierne al sistema de protección de los motores asíncronos. Esperamos que entiendas mejor este concepto.

Por lo tanto, aclaramos de inmediato que motor electrico monofasico se acostumbra llamar al que trabaja de red de dos hilos corriente alterna, representada por fase y potencial cero. El número de devanados montados en varios diseños de estator no afecta esta determinación.

Diseño de motores

Según su dispositivo técnico, un motor asíncrono consta de:

1. estator - una parte estática y fija, hecha por un cuerpo con varios elementos eléctricos ubicados en él;

2. un rotor girado por las fuerzas del campo electromagnético del estator.

La conexión mecánica de estas dos partes se realiza mediante cojinetes de rotación, cuyos aros interiores se asientan en los casquillos ajustados del eje del rotor, y los aros exteriores se montan en tapas laterales de protección fijadas en el estator.

Rotor

Su dispositivo para estos modelos es el mismo que para todos los motores asíncronos: un circuito magnético está montado en un eje de acero hecho de placas laminadas a base de aleaciones de hierro dulce. En su superficie exterior, se hacen ranuras en las que se montan varillas de bobinado de aluminio o cobre, en cortocircuito en los extremos a los anillos de cierre.

fluye en el devanado del rotor electricidad, inducida por el campo magnético del estator, y el circuito magnético sirve para buen paso el flujo magnético creado aquí.

Los diseños de rotores separados para motores monofásicos pueden estar hechos de materiales no magnéticos o ferromagnéticos en forma de cilindro.

estator

También se presenta el diseño del estator:

cuerpo;

circuito magnético;

devanado.

Su objetivo principal es generar un campo electromagnético estacionario o giratorio.

El devanado del estator generalmente consta de dos circuitos:

1. trabajador;

2. lanzador.

Para los diseños más simples, diseñados para el desenrollado manual de la armadura, solo se puede hacer un devanado.

El principio de funcionamiento de un motor eléctrico monofásico asíncrono.

Para simplificar la presentación del material, imaginemos que el devanado del estator se realiza con una sola vuelta de espira. Sus cables dentro del estator se llevan en un círculo de 180 grados angulares. A través de él pasa una corriente sinusoidal alterna, que tiene semiondas positivas y negativas. No crea un campo magnético giratorio, sino pulsante.

Cómo se producen las pulsaciones del campo magnético

Analicemos este proceso usando el ejemplo del flujo de una media onda de corriente positiva en los tiempos t1, t2, t3.

Corre a lo largo de la parte superior del conductor hacia nosotros y a lo largo de la parte inferior alejándose de nosotros. En el plano perpendicular representado por el circuito magnético, surgen flujos magnéticos F alrededor del conductor.

Las corrientes que cambian de amplitud en los momentos de tiempo considerados crean campos electromagnéticos de diferente magnitud F1, F2, F3. Dado que la corriente en la mitad superior e inferior es la misma, pero la bobina está doblada, los flujos magnéticos de cada parte se dirigen de manera opuesta y cancelan la acción de los demás. Puede determinar esto por la regla de la barrena o la mano derecha.

Como puede ver, con una media onda de rotación positiva, no se observa el campo magnético, sino que solo se produce su pulsación en las partes superior e inferior del cable, que también se equilibran mutuamente en el circuito magnético. El mismo proceso ocurre en la sección negativa de la sinusoide, cuando las corrientes cambian de dirección a la opuesta.

Como no hay un campo magnético giratorio, el rotor permanecerá estacionario porque no se le aplican fuerzas para comenzar a girar.

Cómo se crea la rotación del rotor en un campo pulsante

Si ahora le damos al rotor la rotación, aunque sea a mano, entonces continuará este movimiento.

Para explicar este fenómeno, mostramos que el flujo magnético total cambia en la frecuencia de la sinusoide actual desde cero hasta un valor máximo en cada medio ciclo (con un cambio en la dirección opuesta) y consta de dos partes formadas en la parte superior y ramas inferiores, como se muestra en la figura.

El campo magnético pulsante del estator consiste en dos circulares con amplitud Фmax/2 y que se mueven en direcciones opuestas con la misma frecuencia.

npr=nrev=f60/p=1.

Esta fórmula indica:

npr y nrev de la frecuencia de rotación del campo magnético del estator en las direcciones de avance y retroceso;

n1 es la velocidad del flujo magnético giratorio (rpm);

p es el número de pares de polos;

f es la frecuencia de la corriente en el devanado del estator.

Ahora le daremos al motor la rotación manual en una dirección, e inmediatamente tomará el movimiento debido a la ocurrencia de un momento de rotación causado por el deslizamiento del rotor en relación con diferentes flujos magnéticos de las direcciones hacia adelante y hacia atrás.

Supongamos que el flujo magnético de la dirección hacia adelante coincide con la rotación del rotor, y la inversa, respectivamente, será opuesta. Si denotamos por n2 la frecuencia de rotación de la armadura en rpm, entonces podemos escribir la expresión n2< n1.

En este caso, denotamos Spr \u003d (n1-n2) / n1 \u003d S.

Aquí, los índices S y Spr son los deslizamientos del motor de inducción y el rotor del flujo magnético relativo de la dirección de avance.

Para el flujo inverso, el Srev deslizante se expresa mediante una fórmula similar, pero con un cambio de signo n2.

Srev \u003d (n1 - (-n2)) / n1 \u003d 2-Spr.

De acuerdo con la ley de la inducción electromagnética, bajo la acción de flujos magnéticos directos e inversos en el devanado del rotor, fuerza electromotriz, que creará en él corrientes de las mismas direcciones I2pr e I2arr.

Su frecuencia (en hercios) será directamente proporcional a la cantidad de deslizamiento.

f2pr=f1∙Spr;

f2rev=f1∙Srev.

Además, la frecuencia f2rev, formada por la corriente inducida I2rev, supera significativamente la frecuencia f2rev.

Por ejemplo, el motor eléctrico está funcionando en una red de 50 Hz con n1=1500 y n2=1440 rpm. Su rotor tiene deslizamiento relativo al flujo magnético en dirección directa Spr=0.04 y frecuencia de corriente f2pr=2 Hz. Deslizamiento inverso Srev=1,96 y frecuencia de corriente f2rev=98 Hz.

Según la ley de Ampère, cuando la corriente I2pr interactúa con el campo magnético Фpr, aparecerá un par Mpr.

Mpr \u003d cm ∙ Fpr ∙ I2pr ∙cosφ2pr.

Aquí, el valor del coeficiente constante cM depende del diseño del motor.

En este caso, también actúa el flujo magnético inverso Mobr, que se calcula mediante la expresión:

Mobr \u003d cm ∙ Fabr ∙ I2 arr ∙ cosφ2 arr.

Como resultado de la interacción de estos dos flujos, aparecerá el resultante:

M= Mpr-Mobr.

¡Atención! Cuando el rotor gira, se inducen en él corrientes de diferentes frecuencias, que crean momentos de fuerzas con diferentes direcciones. Por lo tanto, la armadura del motor girará bajo la acción de un campo magnético pulsante en la dirección desde la que comenzó la rotación.

Durante la superación de la carga nominal por un motor monofásico, se crea un pequeño deslizamiento con la parte principal del par directo Mpr. La contrarrestación del campo magnético inverso de frenado Mobr afecta muy poco debido a la diferencia en las frecuencias de las corrientes de las direcciones directa e inversa.

f2reverse actual excede significativamente f2reverse, y el generado reactancia inductiva X2obr supera con creces el componente activo y proporciona un gran efecto desmagnetizador del flujo magnético inverso Fobre, que finalmente disminuye.

Dado que el factor de potencia del motor bajo carga es pequeño, el flujo magnético inverso no puede tener un efecto fuerte en el rotor giratorio.

Cuando una fase de la red se alimenta a un motor con un rotor fijo (n2=0), entonces tanto el deslizamiento directo como el inverso son iguales a uno, y los campos magnéticos y las fuerzas de los flujos directo e inverso están equilibrados y la rotación no. ocurrir. Por lo tanto, es imposible desenrollar la armadura del motor eléctrico del suministro de una fase.

Cómo determinar rápidamente la velocidad del motor:

¿Cómo se crea la rotación del rotor en un motor asíncrono monofásico?

A lo largo de toda la historia de funcionamiento de dichos dispositivos, se han desarrollado las siguientes soluciones de diseño:

1. giro manual del eje a mano o cuerda;

2. el uso de un devanado adicional conectado en el momento del lanzamiento debido a una resistencia óhmica, capacitiva o inductiva;

3. división por una bobina magnética cortocircuitada del circuito magnético del estator.

El primer método se usó en el desarrollo inicial y no se usó más debido a los posibles riesgos de lesiones durante el lanzamiento, aunque no requiere que se conecten cadenas adicionales.

El uso de un devanado de cambio de fase en el estator.

Para dar la rotación inicial del rotor al devanado del estator, además, en el momento del lanzamiento, se conecta otro auxiliar, pero solo desplazado en ángulo 90 grados. Se realiza con un alambre más grueso para pasar corrientes mayores que las que circulan en el de trabajo.

El diagrama de conexión de dicho motor se muestra en la figura de la derecha.

Aquí, se usa un botón del tipo PNVS para encender, que está especialmente diseñado para tales motores y se usó ampliamente en el funcionamiento de las lavadoras fabricadas en la URSS. Este botón enciende inmediatamente 3 contactos de tal manera que, después de presionar y soltar, los dos extremos quedan fijos en el estado encendido, y el del medio se cierra por un breve tiempo, y luego vuelve a su posición original bajo la acción de la primavera.

Los contactos extremos cerrados se pueden apagar presionando el botón "Stop" adyacente.

Además del interruptor de botón, para deshabilitar el devanado adicional en modo automático, se utilizan los siguientes:

1. interruptores centrífugos;

2. relés diferenciales o de corriente;

Para mejorar el arranque del motor bajo carga, elementos adicionales en un devanado de cambio de fase.

En tal circuito, se monta una resistencia óhmica en serie con el devanado adicional del estator. En este caso, el bobinado de las espiras se realiza de forma bifilar, lo que asegura que el coeficiente de autoinducción de la bobina sea muy cercano a cero.

Debido a la implementación de estas dos técnicas, cuando las corrientes pasan por diferentes devanados, se produce un desfase entre ellos del orden de 30 grados, que es suficiente. La diferencia de ángulo se crea cambiando las resistencias complejas en cada circuito.

Con este método, también puede haber comenzando a enrollar con baja inductancia y alta resistencia. Para esto, se utiliza un devanado con una pequeña cantidad de vueltas de alambre de una sección transversal subestimada.

El cambio de fase capacitivo de las corrientes le permite crear una conexión a corto plazo de un devanado con un condensador conectado en serie. Este circuito solo funciona mientras el motor está encendido y luego se apaga.

El arranque capacitivo produce más torque y mayor factor de potencia que el arranque resistivo o inductivo. Puede alcanzar el 45÷50% del valor nominal.

En circuitos separados, la capacitancia también se agrega a la cadena del devanado de trabajo, que está constantemente encendida. Debido a esto, las corrientes en los devanados se desvían en un ángulo del orden de π/2. Al mismo tiempo, se nota mucho un cambio en los máximos de amplitud en el estator, lo que proporciona un buen par en el eje.

Gracias a esta técnica, el motor puede generar más potencia durante el arranque. Sin embargo, este método solo se usa con unidades de arranque pesadas, por ejemplo, para hacer girar el tambor. lavadora lleno de lino con agua.

El arranque del condensador le permite cambiar la dirección de rotación de la armadura. Para hacer esto, simplemente cambie la polaridad de la conexión del devanado de arranque o de trabajo.

Conexión motor monofasico con postes partidos

En los motores asíncronos con una pequeña potencia de unos 100 W, se utiliza la división del flujo magnético del estator debido a la inclusión de una bobina de cobre en cortocircuito en el polo del circuito magnético.

Tal polo cortado en dos partes crea un campo magnético adicional, que se desplaza desde el principal a lo largo del ángulo y lo debilita en el lugar cubierto por la bobina. Esto crea un campo giratorio elíptico que genera un par de dirección constante.

En tales diseños, se pueden encontrar derivaciones magnéticas hechas de placas de acero que cierran los bordes de las puntas de los polos del estator.

Se pueden encontrar motores de diseños similares en dispositivos de ventilador para soplar aire. No tienen la capacidad de revertir.