In base alla progettazione, i motori asincroni sono suddivisi in in due tipologie principali: rotore a gabbia di scoiattolo e un rotore di fase (questi ultimi sono anche chiamati motoricon collettori ad anello). I motori in esame sonohanno lo stesso design dello statore e differiscono solo avvolgimento del rotore.

Motori a gabbia di scoiattolo. Sullo statore (Fig. 5.3) è presente un avvolgimento trifase che, quando è collegato alla rete corrente trifase crea un campo magnetico rotante. L'avvolgimento del rotore è realizzato a forma di scoiattolocellule, è in cortocircuito e non ci sono conclusioni Esso ha.

"Gabbia di scoiattolo" è composta da rame o alluminioaste cortocircuitate alle estremità con due anelli(Fig. 5.4, un). Le aste di questo avvolgimento sono inserite nelle scanalaturenucleo del rotore senza alcun isolamento. nei motoridi solito "a gabbia di scoiattolo" di bassa e media potenza realizzato colando alluminio fuso lega nelle scanalature del nucleo del rotore (Fig. 5.4, b). Insieme aaste della "gabbia di scoiattolo" lanciate in cortocircuitoanelli e lame terminali per la ventilazionemacchine. L'alluminio è particolarmente adatto a questo scopo.avente una bassa densità, fusibilità econducibilità elettrica precisamente elevata. grande in autoprestazioni degli slot di potenza del rotore a gabbia di scoiattolosemichiuso, in macchine a bassa potenza - chiuso.Entrambe le forme delle scanalature consentono un buon rinforzo dei conduttoriavvolgimenti del rotore, sebbene aumentino leggermente i flussidispersione e reattanza induttiva avvolgimento del rotore.

Nei motori ad alta potenza viene eseguita una "gabbia di scoiattolo". fatto di barre di rame, le cui estremità sono saldatein anelli di cortocircuito (Fig. 5.4, c). Varie formele fessure del rotore sono mostrate in fig. 5.4, G.

Elettricamente, la "gabbia di scoiattolo" lo è è un avvolgimento multifase collegato secondo lo schemaΥ e in corto circuito. Numero di fasi di avvolgimento t2è uguale anumero di slot del rotorez.z 2 e in ciascuno

Riso. 5.3.Dispositivo motore a induzione a gabbia di scoiattolo

rotore:

1 - telaio; 2 - nucleo dello statore; 3 - nucleo del rotore; 4 - avvolgimento

rotore "gabbia di scoiattolo"; 5 - avvolgimento dello statore; 6 - pale di ventilazione

rotore; 7 - scudo portante; 8 - cassa del ventilatore; 9 - fan

fase comprende una canna e aree adiacenti di breve anelli a scatto.

Spesso motori a induzione con fase e cortocircuito rotore chiuso hanno fessure smussate sullo statore o rotore. Le scanalature smussate sono realizzate per ridurreEMF armonico più elevato causato dalle pulsazioni del magneteflusso dovuto alla presenza di denti, ridurre il rumore causato dacause magnetiche, eliminare il fenomeno di adesionerotore allo statore, che a volte si osserva in micro motori.

Riso. 5.4.Design della gabbia di scoiattolo:

1 - nucleo del rotore; 2 - aste; 3 - pale del ventilatore; 4 - corto circuiti -

anelli di vaiolatura

Motori a rotore avvolto(Fig. 5.5, un). L'avvolgimento dello statore è realizzato allo stesso modo dei motori a gabbia di scoiattolo. rotore. Il rotore ha un avvolgimento trifase con lo stessoil numero di poli. L'avvolgimento del rotore è solitamente collegato schema Y , tre estremità delle quali portano a tre contattianelli (Fig. 5.5, b) rotante con l'albero della macchina.Con l'ausilio di spazzole in metallo-grafite che scorrono lungo la con anelli di ciclo, un reostato di avviamento o di zavorra è incluso nel rotore, cioè introducono in ciascuna fase del rotore ulteriore resistenza attiva.

Per ridurre l'usura di anelli e spazzole, motori di fasea volte hanno dispositivi per il sollevamentospazzole e cortocircuitare gli anelli dopo lo spegnimentoreostato. Tuttavia, l'introduzione di questi dispositivi complica progettazione del motore elettrico e riduce in qualche modo l'affidabilità ness del suo lavoro, quindi, le strutture sono solitamente utilizzate, in cui le spazzole sono costantemente a contatto con il contatto anelli. I principali elementi strutturali del motorecon un rotore di fase sono mostrati in fig. 5.6.

Aree di applicazione per motori di vario tipo. Di progetti di motori a gabbia di scoiattolopiù motori con rotore di fase e più affidabiliin funzione (non hanno anelli e spazzole,che richiedono un monitoraggio sistematico, periodico

Riso. 5.5.Il dispositivo di un motore asincrono con un rotore di fase (un)

e lo schema della sua inclusione (b):

1 - avvolgimento statorico; 2 - nucleo dello statore; 3 - telaio; 4 - nucleorotore; 5 - avvolgimento del rotore; 6 -lancia; 7 anelli; 8 - reostato di avviamento

sostituzioni, ecc.). I principali svantaggi di questi motori sono coppia di avviamento relativamente piccola e significativa corrente di avviamento. Pertanto, sono utilizzati in quelli elettrici azionamenti dove non sono richieste elevate coppie di spunto(azionamenti elettrici di macchine per la lavorazione dei metalli, ventilatori, ecc.). Motori asincroni e micromotori di piccola potenza funzionano anche a gabbia di scoiattolo rotore.

Come mostrato di seguito, nei motori ad anello rotanteè possibile, utilizzando un reostato di avviamento, aumentare la coppia di avviamento fino ad un valore massimo ediminuire la corrente di avviamento. Pertanto, questi motoripuò essere utilizzato per guidare macchine e meccanismi,

Riso. 5.6.Statore e rotore di un motore a induzione con rotore di fase:

1 - avvolgimento statorico; 2 -telaio; 3 - nucleo dello statore; 4 - scatolacon conclusioni; 5 - nucleo del rotore; 6 - avvolgimento del rotore; 7 - anelli collettori

che vengono lanciati a carico pesante(elettro azionamenti di macchine di sollevamento, ecc.).

Motori elettrici corrente alternata, utilizzando il campo magnetico rotante dello statore per il loro lavoro, sono attualmente molto comuni macchine elettriche. Vengono chiamati quelli la cui velocità del rotore differisce dalla frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore motori asincroni.

A causa della grande capacità dei sistemi energetici e della grande lunghezza reti elettriche le utenze sono sempre alimentate con corrente alternata. Pertanto, è naturale tendere al massimo utilizzo dei motori elettrici CA. Questo, sembrerebbe, libera dalla necessità di molteplici conversioni di energia.

Sfortunatamente, i motori CA in termini di proprietà e soprattutto di controllabilità sono significativamente inferiori ai motori corrente continua, quindi sono utilizzati principalmente in installazioni in cui non è richiesto il controllo della velocità.

Relativamente di recente, i sistemi CA regolati hanno iniziato a essere utilizzati attivamente con il collegamento di motori CA.

Molto usato in varie industrie economia e produzione di motori asincroni grazie alla semplicità della loro fabbricazione e all'elevata affidabilità. Tuttavia, ci sono quattro tipi principali motori asincroni:

motore asincrono monofase con rotore a gabbia di scoiattolo;

motore asincrono bifase con rotore a gabbia di scoiattolo;

motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo;

motore asincrono trifase con rotore di fase.

Un motore asincrono monofase contiene un solo avvolgimento funzionante sullo statore, al quale viene fornita corrente alternata durante il funzionamento del motore. Ma per avviare il motore, è presente un avvolgimento aggiuntivo sul suo statore, che viene brevemente collegato alla rete tramite un condensatore o un'induttanza o cortocircuitato. Ciò è necessario per creare uno sfasamento iniziale in modo che il rotore inizi a ruotare, altrimenti il ​​campo magnetico pulsante dello statore non spingerebbe il rotore dal suo posto.

Il rotore di un tale motore, come qualsiasi altro motore a induzione a gabbia di scoiattolo, è un nucleo cilindrico con scanalature riempite di alluminio, con pale di ventilazione fuse simultaneamente. Tale rotore, del tipo "a gabbia di scoiattolo", è chiamato rotore a gabbia di scoiattolo. I motori monofase sono utilizzati in applicazioni a bassa potenza come ventilatori per ambienti o piccole pompe.

I motori a induzione bifase sono più efficienti se alimentati da una rete CA monofase. Contengono sullo statore due avvolgimenti di lavoro disposti perpendicolarmente, con uno degli avvolgimenti collegato direttamente alla rete CA e il secondo tramite condensatore sfasatore, quindi si ottiene un campo magnetico rotante e, senza un condensatore, il rotore stesso non si muoverebbe.

Questi motori hanno anche un rotore a gabbia di scoiattolo e la loro applicazione è molto più ampia di quella dei motori monofase. Ci sono già lavatrici e macchine varie. Motori bifase per alimentazione da reti monofase chiamato motori a condensatore, poiché il condensatore di sfasamento è spesso parte integrante di essi.

Un motore asincrono trifase contiene tre avvolgimenti di lavoro sullo statore, spostati l'uno rispetto all'altro in modo che quando sono collegati a una rete trifase, essi campi magnetici sono ottenuti sfalsati nello spazio l'uno rispetto all'altro di 120 gradi. Quando ci si connette motore trifase a rete trifase corrente alternata, si forma un campo magnetico rotante che mette in moto un rotore a gabbia di scoiattolo.

Gli avvolgimenti dello statore di un motore trifase possono essere collegati secondo lo schema "stella" o "triangolo" e per alimentare il motore secondo lo schema "stella" è necessaria una tensione maggiore rispetto allo schema "triangolo", e quindi sul motore sono indicate due tensioni, ad esempio: 127/220 oppure 220/380. I motori trifase sono indispensabili per l'azionamento di varie macchine utensili, argani, seghe circolari, gru, ecc.

Un motore asincrono trifase con un rotore di fase ha uno statore simile ai tipi di motori sopra descritti: un circuito magnetico laminato con tre avvolgimenti disposti nelle sue scanalature, tuttavia, le aste di alluminio non vengono versate nel rotore di fase, ma un pieno- l'avvolgimento trifase vero e proprio è già posato, in. Le estremità della stella di avvolgimento del rotore di fase sono portate a tre anelli di contatto montati sull'albero del rotore e da esso isolati elettricamente.

1 - alloggiamento con otturatori, 2 - spazzole, 3 - traversa della spazzola con portaspazzole, 4 - perno di montaggio della traversa della spazzola, 5 - cavi della spazzola, 6 - blocco, 7 - manicotto isolante, 8 - anelli di contatto, 9 - coperchio del cuscinetto esterno, 10 - prigioniero per il fissaggio della scatola e dei cappelli dei cuscinetti, 11 - scudo posteriore, 12 - avvolgimento del rotore, 13 - supporto dell'avvolgimento, 14 - nucleo del rotore, 15 - avvolgimento del rotore, 16 - scudo anteriore, 7 - coperchio del cuscinetto esterno, 18 - fori di ventilazione , 19 - telaio, 20 - nucleo dello statore, 21 - perni del coperchio del cuscinetto interno, 22 - benda, 23 - coperchio del cuscinetto interno, 21 - cuscinetto, 25 - albero, 26 - anelli di contatto, 27 - cavi di avvolgimento del rotore

Attraverso le spazzole, gli anelli vengono forniti anche con trifase Tensione CA, e la connessione può essere effettuata sia direttamente che tramite reostati. Naturalmente, i motori a rotore avvolto sono più costosi, ma il loro carico è notevolmente superiore a quello dei tipi di motore a gabbia di scoiattolo. È proprio a causa della maggiore potenza e grande coppia di avviamento, questo tipo di motore ha trovato applicazione negli azionamenti di ascensori e gru, ovvero dove il dispositivo viene avviato sotto carico e non inattivo.

La teoria dell'elettromagnetismo, che è la chiave dei processi che avvengono in un motore elettrico, è troppo complessa, quindi, per comprendere il principio di funzionamento di un motore elettrico in generale, sarà sufficiente una spiegazione semplificata dei fondamenti teorici.

Per una transizione coerente alla comprensione della trasformazione dell'energia elettrica in energia meccanica, è necessario rinfrescare la memoria dei concetti di base del corso di fisica della scuola:

• Attorno ad un conduttore avvolto su una bobina, quando al suo interno scorre una corrente elettrica continua, si forma un campo elettromagnetico con caratteristiche identiche al campo di un comune magnete;
• Il nucleo di ferro e sue leghe, posto all'interno della bobina, favorisce il passaggio del flusso elettromagnetico, che esalta le interazioni magnetiche;
• La corrente alternata nella bobina rimagnetizza costantemente il nucleo, chiamato circuito magnetico, realizzato in acciaio speciale elettromagnetico;
• Il movimento del conduttore attraverso le linee magnetiche induce una forza elettromotrice (EMF) in esso;
• Il flusso magnetico viene trasmesso tra due circuiti magnetici attraverso un piccolo traferro;

Il principio di funzionamento dello statore

Bobine motore asincrono chiamati avvolgimenti, che si trovano nelle scanalature dello statore. I motori asincroni trifase hanno gli stessi avvolgimenti di fase, disposti simmetricamente tra loro, ei loro assi formano un angolo di 120º.

Onda sinusoidale di ogni fase dell'avvolgimento del motore

Come sapete, la sinusoide della corrente di ciascuna fase, rispetto alla precedente, è spostata di un terzo del periodo, per cui la forza dei flussi magnetici negli avvolgimenti cambia secondo lo stesso principio. Aggiungendo i vettori di direzione del campo elettromagnetico in un singolo punto nel tempo, è possibile ottenere il flusso magnetico totale.

Aggiungendo questi vettori a diversi intervalli del periodo, puoi vedere che la direzione del flusso magnetico totale ruota in modo sincrono con le fluttuazioni di corrente. I dati di rotazione del flusso magnetico possono essere visualizzati come un magnete a ferro di cavallo permanente rotante.

Pertanto, il principio di funzionamento di un motore CA (sincrono o asincrono) è quello di creare un campo elettromagnetico rotante dello statore.

Principio della rotazione sincrona

Se per l'esperimento un magnete a forma di ferro di cavallo è attaccato all'asse di rotazione, qualsiasi oggetto metallico fissato tra i poli su un asse indipendente si muoverà in modo sincrono. Sarebbe logico posizionare al centro dello statore con avvolgimenti trifase rotore sotto forma di magnete permanente per ottenere un motore elettrico sincrono.

Motore sincrono

Ma, anche se vengono utilizzati potenti magneti moderni, le correnti parassite generate dal campo elettromagnetico alternato riscalderanno il rotore, privandolo così delle sue proprietà magnetiche, che dipendono dalla temperatura del magnete permanente. Per quanto riguarda lo statore, questo problema è stato risolto assemblando il nucleo sotto forma di piastre di acciaio elettrico speciale.

Lo statore è assemblato da fogli di acciaio elettrico. a) Vista assemblata, b) lo statore stesso

È impossibile assemblare un rotore sotto forma di un magnete permanente lamellare in questo modo, quindi sono state utilizzate bobine di eccitazione, che sono un elettromagnete permanente. Questo principio di funzionamento del motore elettrico è sincrono: l'albero del rotore si muove in sincronia con il campo elettromagnetico dello statore, che è in rotazione.

Il principio di funzionamento di un motore a induzione

In un motore a induzione a gabbia di scoiattolo, è necessario evidenziare due punti chiave:

• Induzione di corrente elettrica nelle spire cortocircuitate dell'avvolgimento del rotore, a causa del campo elettromagnetico rotante dello statore;
• Il verificarsi di un flusso magnetico degli avvolgimenti del rotore, che interagisce con il campo magnetico rotante dello statore.

È necessario considerare i processi dell'emergere del campo magnetico del rotore dal momento in cui il motore viene avviato. Il campo elettromagnetico dello statore inizia a ruotare immediatamente dopo che la tensione è stata applicata agli avvolgimenti dello statore. L'albero del rotore è in questo momento fermo e una corrente alternata viene indotta nelle sue spire con la frequenza di rotazione del campo.

In ogni momento del tempo, quando un polo di un campo elettromagnetico rotante passa vicino ad una singola bobina in cortocircuito, si crea in essa un campo magnetico interagente, che tende ad attrarre la bobina del rotore seguendo il polo in allontanamento del campo elettromagnetico in movimento.

Questi processi si verificano in tutte le bobine in cortocircuito durante la rotazione del campo attorno a loro, a causa della quale appare il momento di rotazione totale dell'albero del rotore. Quindi, il principio di funzionamento del motore elettrico tipo asincrono consiste nell'interazione dei campi elettromagnetici dello statore e del rotore.

effetto scorrevole

Man mano che l'albero motore accelera, la frequenza di intersezione del rotore in cortocircuito gira linee di forza il flusso magnetico rotante diminuirà. L'albero motore tenderà a raggiungere il campo rotante.

Ma, non appena l'albero del rotore e il campo dello statore sono a riposo l'uno rispetto all'altro, le spire cortocircuitate non attraverseranno più le linee di forza del campo elettromagnetico, il che significa che non saranno indotte elettricità. La scomparsa dell'EMF nei giri del rotore porterà a una perdita di coppia. Questo stato del motore è chiamato minimo ideale.

Ma in condizioni reali, la forza di attrito porterà a una perdita di inerzia e il rotore del motore elettrico ritarderà rispetto al campo dello statore che è in rotazione, il che causerà il verificarsi di EMF nelle spire in cortocircuito a causa di la loro intersezione delle linee di forza del flusso magnetico.

Questo effetto è chiamato scorrimento del rotore rispetto al campo dello statore, con il quale non può mai stabilizzarsi e ruotare in sincronia con esso.

Pertanto, tali motori sono chiamati asincroni (non sincroni). In altre parole, il principio di funzionamento di un motore con rotore a gabbia di scoiattolo è l'effetto di scorrimento, necessario per il verificarsi dell'EMF nei giri del rotore.

Modalità scorrevole ottimale

È ovvio che la massima EMF nelle spire cortocircuitate sarà indotta al momento del lancio, ma il circuito magnetico del rotore lamellare non è progettato per un'inversione di magnetizzazione così frequente, quindi, in questa modalità, l'efficienza del motore elettrico e il suo la coppia sarà bassa.

D'altra parte, avvicinandosi al movimento sincrono dell'albero del rotore e del campo dello statore, l'EMF si avvicinerà allo zero, il che porterà anche alla scomparsa del momento. Pertanto, un motore elettrico asincrono con giri del rotore in corto circuito viene calcolato in modo tale che il coefficiente di scorrimento

era del 2÷5%. Entro questi limiti le caratteristiche del motore saranno massime.

L'impressionante potenza di un motore elettrico asincrono, che trasforma l'elettricità in energia rotazionale, non viene creata a causa di alcun componente meccanico: per una rotazione così potente, nel suo "riempimento" vengono utilizzati solo elettromagneti.

Rotore del motore a induzione: design

Rotore - un elemento di un motore elettrico rotante all'interno dello statore (componente fisso), il cui albero è collegato alle parti delle unità di lavoro, ad esempio seghe, turbine e pompe. L'anima laminata è costituita da singole lastre di acciaio elettrico con scanalature semichiuse o aperte.

Il massiccio rotore è un solido cilindro d'acciaio posto all'interno dello statore, con un nucleo pressato sulla sua superficie.

Senza contatto, non collegato a nessun esterno circuito elettrico l'avvolgimento del rotore crea coppia ed è di due tipi:

• cortocircuitato (rotore in cortocircuito);
• fase (rotore di fase).

rotore a gabbia di scoiattolo

Bacchette di rame altamente conduttive (per macchine di grande potenza) o bacchette di alluminio (per macchine di potenza inferiore) saldate o colate nella superficie del nucleo e cortocircuitate dalle estremità con due anelli svolgono il ruolo di elettromagneti con i poli rivolti verso lo statore . Questo progetto è chiamato "gabbia di scoiattolo", datogli dall'ingegnere elettrico russo M. O. Dolivo-Dobrovolsky.

Le bacchette di avvolgimento non hanno alcun isolamento, poiché la tensione in tale avvolgimento è zero. Più comunemente utilizzato per aste di motori di media potenza, l'alluminio di facile fusione è caratterizzato da bassa densità ed elevata conducibilità elettrica. Per ridurre le armoniche superiori della forza elettromotrice (EMF) ed eliminare la pulsazione del campo magnetico, le aste del rotore hanno un angolo di inclinazione appositamente calcolato rispetto all'asse di rotazione.

Nei motori a bassa potenza, le scanalature del nucleo sono generalmente chiuse: separando il rotore dal traferro, una piastra d'acciaio consente di fissare ulteriormente gli avvolgimenti, ma a scapito di un certo aumento della loro resistenza induttiva.

rotore di fase

È caratterizzato da praticamente non diverso dall'avvolgimento dello statore trifase (in più caso generale- avvolgimento multifase) posto nelle scanalature del nucleo, le cui estremità sono collegate secondo lo schema a "stella". I conduttori di avvolgimento sono collegati ad anelli di contatto fissati sull'albero del rotore, sui quali, all'avviamento del motore, vengono premute e scorrono spazzole fisse in grafite o metallo-grafite collegate al reostato.

Per limitare le correnti parassite risultanti, è solitamente sufficiente un film di ossido applicato sulla superficie degli avvolgimenti, invece di vernici isolanti.

Un resistore di avviamento o regolazione trifase aggiunto al circuito di avvolgimento del rotore consente di modificare la resistenza attiva del circuito del rotore, contribuendo a ridurre le correnti di avviamento elevate. I reostati possono essere utilizzati:

• filo metallico oa gradini - con passaggio manuale o automatico da un livello di resistenza all'altro;
• liquido, la cui resistenza è regolata dalla profondità di immersione nell'elettrolita degli elettrodi.

Per aumentare la durata delle spazzole, alcuni modelli di rotori di fase sono dotati di uno speciale meccanismo a gabbia di scoiattolo che solleva le spazzole dopo l'avvio del motore e chiude gli anelli.

I motori asincroni con rotore di fase sono caratterizzati da un design più complesso rispetto a una gabbia di scoiattolo, ma allo stesso tempo caratteristiche di avviamento e controllo più ottimali.

Principio di funzionamento

Gli elettromagneti dello statore si trovano vicino alle barre del rotore e trasmettono loro l'elettricità per ruotarlo. Il campo magnetico indotto nel rotore seguirà il campo magnetico dello statore, effettuando così la rotazione meccanica dell'albero del rotore e dei gruppi associati. Allo stesso tempo, l'induzione elettromagnetica creata dalle bobine dello statore spinge la corrente sulle aste lontano da se stessa. Il valore della corrente nelle aste cambia nel tempo.

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Il nome stesso di questo dispositivo elettrico lo indica Energia elettrica, che vi arriva, viene convertito in moto rotatorio rotore. Inoltre, l'aggettivo "asincrono" caratterizza la discrepanza, il ritardo delle velocità di rotazione dell'armatura rispetto al campo magnetico dello statore.

La parola "monofase" provoca una definizione ambigua. Ciò è dovuto al fatto che in elettronica determina diversi fenomeni:

spostamento, differenza angolare tra grandezze vettoriali;

potenziale conduttore a due, tre o quattro fili circuito elettrico corrente alternata;

uno degli avvolgimenti dello statore o del rotore di un motore o generatore trifase.

Pertanto, chiariamo subito che è consuetudine chiamare un motore elettrico monofase che funziona rete a due fili corrente alternata, rappresentata da fase e potenziale zero. Il numero di avvolgimenti montati in vari modelli di statore non influisce su questa determinazione.

Progettazione del motore

Secondo il suo dispositivo tecnico, un motore asincrono è costituito da:

1. statore - una parte statica, fissa, costituita da un corpo con vari elementi elettrici posti su di esso;

2. un rotore posto in rotazione dalle forze del campo elettromagnetico dello statore.

Il collegamento meccanico di queste due parti è realizzato mediante cuscinetti di rotazione, i cui anelli interni sono alloggiati nelle sedi predisposte dell'albero del rotore e gli anelli esterni sono montati in coperchi laterali protettivi fissati sullo statore.

Rotore

Il suo dispositivo per questi modelli è lo stesso di tutti i motori asincroni: un circuito magnetico è montato su un albero in acciaio costituito da piastre laminate a base di leghe di ferro dolce. Sulla sua superficie esterna sono ricavate delle scanalature in cui sono montate aste di avvolgimento in alluminio o rame, accorciate alle estremità agli anelli di chiusura.

Nell'avvolgimento del rotore scorre una corrente elettrica, indotta dal campo magnetico dello statore, e il circuito magnetico serve a questo buon passaggio il flusso magnetico creato qui.

I design del rotore separati per i motori monofase possono essere realizzati con materiali non magnetici o ferromagnetici sotto forma di un cilindro.

statore

Viene inoltre presentato il design dello statore:

corpo;

circuito magnetico;

avvolgimento.

Il suo scopo principale è generare un campo elettromagnetico stazionario o rotante.

L'avvolgimento dello statore è solitamente costituito da due circuiti:

1. lavoratore;

2. lanciatore.

Per i modelli più semplici, progettati per lo svolgimento manuale dell'armatura, è possibile effettuare un solo avvolgimento.

Il principio di funzionamento di un motore elettrico monofase asincrono

Per semplificare la presentazione del materiale, immaginiamo che l'avvolgimento dello statore sia realizzato con un solo giro di spira. I suoi fili all'interno dello statore sono trasportati in un cerchio di 180 gradi angolari. Una corrente sinusoidale alternata lo attraversa, con semionde positive e negative. Non crea un campo magnetico rotante, ma pulsante.

Come si verificano le pulsazioni del campo magnetico

Analizziamo questo processo utilizzando l'esempio del flusso di una semionda di corrente positiva agli istanti t1, t2, t3.

Corre lungo la parte superiore del conduttore verso di noi, e lungo la parte inferiore lontano da noi. Nel piano perpendicolare rappresentato dal circuito magnetico, i flussi magnetici F sorgono attorno al conduttore.

Le correnti che cambiano di ampiezza negli istanti di tempo considerati creano campi elettromagnetici di diversa grandezza F1, F2, F3. Poiché la corrente nella metà superiore e inferiore è la stessa, ma la bobina è piegata, i flussi magnetici di ciascuna parte sono diretti in modo opposto e annullano l'azione reciproca. Puoi determinarlo con la regola del succhiello o della mano destra.

Come puoi vedere, con una semionda di rotazione positiva, il campo magnetico non viene osservato, ma solo la sua pulsazione si verifica nella parte superiore e inferiore del filo, anch'esso bilanciato reciprocamente nel circuito magnetico. Lo stesso processo avviene nella sezione negativa della sinusoide, quando le correnti cambiano direzione al contrario.

Poiché non esiste un campo magnetico rotante, il rotore rimarrà fermo, poiché non vi sono forze applicate ad esso per iniziare a ruotare.

Come si crea la rotazione del rotore in un campo pulsante

Se ora diamo al rotore la rotazione, anche se a mano, allora continuerà questo movimento.

Per spiegare questo fenomeno, mostriamo che il flusso magnetico totale cambia nella frequenza della corrente sinusoidale da zero a un valore massimo in ogni semiciclo (con un cambio di direzione al contrario) ed è costituito da due parti formate nella parte superiore e rami inferiori, come mostrato in figura.

Il campo magnetico pulsante dello statore è costituito da due campi circolari con ampiezza Фmax/2 e che si muovono in direzioni opposte con la stessa frequenza.

npr=nrev=f60/p=1.

Questa formula indica:

npr e nrev della frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore nelle direzioni avanti e indietro;

n1 è la velocità del flusso magnetico rotante (rpm);

p è il numero di coppie di poli;

f è la frequenza della corrente nell'avvolgimento dello statore.

Ora daremo manualmente la rotazione del motore in una direzione, e riprenderà immediatamente il movimento dovuto al verificarsi di un momento rotante causato dallo scorrimento del rotore rispetto a diversi flussi magnetici delle direzioni avanti e indietro.

Supponiamo che il flusso magnetico della direzione in avanti coincida con la rotazione del rotore e il contrario, rispettivamente, sarà opposto. Se indichiamo con n2 la frequenza di rotazione dell'armatura in rpm, allora possiamo scrivere l'espressione n2< n1.

In questo caso, indichiamo Spr \u003d (n1-n2) / n1 \u003d S.

Qui, gli indici S e Spr sono gli scorrimenti del motore a induzione e del rotore del flusso magnetico relativo della direzione in avanti.

Per il flusso inverso, lo Srev scorrevole è espresso da una formula simile, ma con un cambio di segno n2.

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

In conformità con la legge dell'induzione elettromagnetica, sotto l'azione di flussi magnetici diretti e inversi nell'avvolgimento del rotore, forza elettromotiva, che creerà in esso correnti delle stesse direzioni I2pr e I2arr.

La loro frequenza (in hertz) sarà direttamente proporzionale alla quantità di scorrimento.

f2pr=f1∙Spr;

f2rev=f1∙Srev.

Inoltre, la frequenza f2rev, formata dalla corrente indotta I2rev, supera notevolmente la frequenza f2rev.

Ad esempio, il motore elettrico funziona su una rete a 50 Hz con n1=1500 e n2=1440 giri/min. Il suo rotore ha scorrimento relativo al flusso magnetico in direzione avanti Spr=0.04 e frequenza corrente f2pr=2 Hz. Scorrimento inverso Srev=1.96 e frequenza corrente f2rev=98 Hz.

In base alla legge di Ampère, quando la corrente I2pr interagisce con il campo magnetico Фpr, apparirà una coppia Mpr.

Mpr \u003d cm ∙ Fpr ∙ I2pr ∙cosφ2pr.

Qui, il valore del coefficiente costante cM dipende dal progetto del motore.

In questo caso agisce anche il flusso magnetico inverso Mobr, calcolato dall'espressione:

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

Come risultato dell'interazione di questi due flussi, apparirà quello risultante:

M= Mpr-Mobr.

Attenzione! Quando il rotore ruota, vengono indotte correnti di diverse frequenze, che creano momenti di forza con direzioni diverse. Pertanto, l'armatura del motore ruoterà sotto l'azione di un campo magnetico pulsante nella direzione da cui ha iniziato la rotazione.

Durante il superamento del carico nominale da parte di un motore monofase, si crea un piccolo scorrimento con la quota principale della coppia diretta Mpr. La contrazione della frenata, campo magnetico inverso Mobr influisce molto poco a causa della differenza nelle frequenze delle correnti delle direzioni avanti e indietro.

f2la corrente inversa supera significativamente f2inversa e la reattanza induttiva creata X2rev supera notevolmente il componente attivo e fornisce un grande effetto di smagnetizzazione del flusso magnetico inverso Fobre, che alla fine diminuisce.

Poiché il fattore di potenza del motore sotto carico è piccolo, il flusso magnetico inverso non può avere un forte effetto sul rotore rotante.

Quando una fase della rete viene alimentata a un motore con un rotore fisso (n2=0), allora entrambi gli scorrimenti in avanti e indietro sono uguali a uno, e i campi magnetici e le forze dei flussi avanti e indietro sono bilanciati e la rotazione non verificarsi. Pertanto, è impossibile srotolare l'indotto del motore elettrico dall'alimentazione di una fase.

Come determinare rapidamente la velocità del motore:

Come viene creata la rotazione del rotore in un motore asincrono monofase

Nel corso dell'intera storia di funzionamento di tali dispositivi, sono state sviluppate le seguenti soluzioni progettuali:

1. filatura manuale dell'albero a mano oa corda;

2. l'utilizzo di un avvolgimento aggiuntivo collegato al momento del lancio per resistenza ohmica, capacitiva o induttiva;

3. scissione da una bobina magnetica in corto circuito del circuito magnetico dello statore.

Il primo metodo è stato utilizzato nello sviluppo iniziale e non è stato utilizzato ulteriormente a causa dei possibili rischi di lesioni durante il lancio, sebbene non richieda il collegamento di catene aggiuntive.

L'uso di un avvolgimento sfasatore in uno statore

Per dare la rotazione iniziale del rotore all'avvolgimento dello statore, inoltre, al momento del lancio, ne viene collegato un altro ausiliario, ma spostato solo di angolo di 90 gradi. Viene eseguito con un filo più spesso per far passare correnti maggiori di quelle che scorrono in quello funzionante.

Lo schema di collegamento di un tale motore è mostrato nella figura a destra.

Qui viene utilizzato un pulsante di tipo PNVS per l'accensione, appositamente progettato per tali motori ed è stato ampiamente utilizzato nel funzionamento delle lavatrici prodotte in URSS. Questo pulsante accende immediatamente 3 contatti in modo tale che, dopo aver premuto e rilasciato, i due estremi rimangono fissi nello stato acceso, e quello centrale si chiude per un breve periodo, per poi tornare nella posizione originale sotto l'azione di la primavera.

I contatti estremi chiusi possono essere disattivati ​​premendo il pulsante "Stop" adiacente.

Oltre all'interruttore a pulsante, per disabilitare l'avvolgimento aggiuntivo in modalità automatica, vengono utilizzati:

1. interruttori centrifughi;

2. relè differenziali o amperometrici;

Per migliorare l'avviamento del motore sotto carico, elementi aggiuntivi in un avvolgimento sfasato.

In tale circuito, una resistenza ohmica è montata in serie all'avvolgimento aggiuntivo dello statore. In questo caso l'avvolgimento delle spire viene effettuato in modo bifilare, il che garantisce che il coefficiente di autoinduzione della bobina sia molto vicino allo zero.

A causa dell'implementazione di queste due tecniche, quando le correnti passano attraverso avvolgimenti diversi, tra di loro si verifica uno sfasamento dell'ordine di 30 gradi, il che è abbastanza. La differenza angolare viene creata modificando le complesse resistenze in ciascun circuito.

Con questo metodo, potrebbe esserci anche avvolgimento iniziale con bassa induttanza e alta resistenza. Per questo, viene utilizzato l'avvolgimento con un piccolo numero di giri di filo di una sezione trasversale sottovalutata.

Lo sfasamento capacitivo delle correnti consente di creare una connessione a breve termine di un avvolgimento con un condensatore collegato in serie. Questo circuito funziona solo mentre il motore è in modalità, quindi si spegne.

L'avviamento capacitivo produce una coppia maggiore e un fattore di potenza più elevato rispetto all'avviamento resistivo o induttivo. Può raggiungere il 45÷50% del valore nominale.

In circuiti separati alla catena avvolgimento funzionante, che è costantemente acceso, aggiunge anche capacità. A causa di ciò, le correnti negli avvolgimenti vengono deviate di un angolo dell'ordine di π/2. Allo stesso tempo, uno spostamento dei massimi di ampiezza è molto evidente nello statore, che fornisce una buona coppia sull'albero.

Grazie a questa tecnica, il motore è in grado di generare più potenza durante l'avviamento. Tuttavia, questo metodo viene utilizzato solo con azionamenti di avviamento pesanti, ad esempio per far girare il tamburo. lavatrice riempito di biancheria con acqua.

L'avvio del condensatore consente di modificare la direzione di rotazione dell'armatura. Per fare ciò, basta cambiare la polarità della connessione dell'avvolgimento di partenza o di lavoro.

Connessione motore monofase con pali divisi

Nei motori asincroni con una piccola potenza di circa 100 W, viene utilizzata la divisione del flusso magnetico dello statore a causa dell'inclusione di una bobina di rame in cortocircuito nel polo del circuito magnetico.

Tale polo tagliato in due parti crea un campo magnetico aggiuntivo, che viene spostato da quello principale lungo l'angolo e lo indebolisce nel punto coperto dalla bobina. Questo crea un campo rotante ellittico che genera una coppia di direzione costante.

In tali progetti si possono trovare shunt magnetici realizzati con piastre di acciaio che chiudono i bordi delle punte dei poli dello statore.

Motori di design simili possono essere trovati nei dispositivi di ventilazione per soffiare aria. Non hanno la capacità di invertire.