Motores asíncronos monofásicos y bifásicos

Objeto, dispositivo y principio de funcionamiento de los motores asíncronos monofásicos.

Los motores de inducción monofásicos son máquinas de baja potencia que se asemejan a motores de jaula de ardilla trifásicos similares en diseño.

Los motores asíncronos monofásicos difieren de los motores trifásicos en la disposición del estator, donde un devanado bifásico está ubicado en las ranuras del circuito magnético, que consiste en la fase principal o de trabajo con un área de fase de 120 el. granizo y conduce a los terminales marcados C1 y C2, y una fase auxiliar o de arranque con un área de fase de 60 el. granizo y conduce a los terminales marcados B1 y B2 (Fig. 1).

Los ejes magnéticos de estas fases de devanado están desplazados entre sí por un ángulo 0 = 90 el. granizo. Una fase de trabajo conectada a la red de tensión alterna no puede hacer girar el rotor, ya que su corriente excita un campo magnético alterno con un eje de simetría fijo, caracterizado por una inducción magnética que cambia armónicamente en el tiempo.

Arroz. 1. Diagrama de circuito de un motor de inducción de rotor de jaula de ardilla monofásico.

Este campo se puede representar mediante dos componentes: campos magnéticos circulares idénticos de secuencia directa e inversa, que giran con inducciones magnéticas y giran en direcciones opuestas a la misma velocidad. Sin embargo, cuando el rotor se acelera previamente en la dirección requerida, continúa girando en la misma dirección cuando se enciende la fase de trabajo.

Por esta razón, el arranque de un motor monofásico comienza acelerando el rotor al presionar el botón de arranque, provocando que se exciten corrientes en ambas fases del devanado del estator, las cuales se desfasan en una cantidad que depende de los parámetros del mismo. dispositivo desfasador Z, realizado en forma de resistencia, inductor o condensador, y elementos de circuito eléctrico que incluyen las fases de funcionamiento y arranque del devanado del estator. Estas corrientes provocan un campo magnético giratorio en la máquina con inducción magnética en el entrehierro, que cambia periódica y monótonamente entre los valores máximo y mínimo, y el extremo de su vector describe una elipse.

Él. El campo magnético giratorio elíptico detecta EMF y corrientes en los cables del devanado del rotor en cortocircuito, que, al interactuar con este campo, aseguran la aceleración del rotor del motor monofásico en la dirección de rotación del campo, y esto alcanza casi la velocidad nominal en pocos segundos.

Al soltar el botón de arranque, el motor eléctrico pasa del modo bifásico al modo monofásico, que además se apoya en la componente correspondiente del campo magnético alterno, que durante su rotación está ligeramente por delante del rotor giratorio debido al deslizamiento.

La desconexión oportuna de la fase de arranque del devanado del estator de un motor asíncrono monofásico de la red eléctrica es necesaria debido a su diseño, que prevé un modo de operación a corto plazo, generalmente hasta 3 s, lo que excluye su permanencia prolongada bajo carga debido a un sobrecalentamiento inaceptable, quemaduras y daños en el aislamiento.

El aumento de la confiabilidad de la operación de los motores asíncronos monofásicos se logra incrustando en la caja de la máquina un interruptor centrífugo con contactos de interrupción conectados a los terminales marcados como VT y B2 y un relé térmico con contactos similares que tienen los terminales marcados como PT y C1 (Fig. 2, cd).

El interruptor centrífugo desconecta automáticamente la fase de arranque del devanado del estator conectado a los terminales marcados B1 y B2 cuando el rotor alcanza una velocidad cercana a la nominal, y el relé térmico desconecta ambas fases del devanado del estator de la red cuando la calefacción está apagada. mayor de lo permitido.

La inversión de la dirección de rotación del rotor se logra cambiando la dirección de la corriente en una de las fases del devanado del estator al arrancar, accionando el botón de arranque y reorganizando la placa de metal en los terminales del motor eléctrico (Fig. 2, a, b) o solo reorganizando dos placas similares (Fig. 2, c, d).

Arroz. 2. Marcado de los terminales de las fases del devanado del estator de un motor asíncrono monofásico con rotor de ardilla y su conexión para la rotación del rotor: a, c — derecha, b, d — izquierda.

Comparación de las características técnicas de los motores asíncronos monofásicos y trifásicos

Los motores asíncronos monofásicos difieren de las máquinas trifásicas similares en potencia nominal con un factor de par inicial reducido kn = МХ / Mnom y un factor de corriente inicial aumentado ki = Mi / Mnom, que son para motores eléctricos monofásicos con una fase inicial del devanado del estator con mayor resistencia de corriente continua y menor inductancia de la fase de trabajo son importantes kn — 1.0 — 1.5 y ki = 5 — 9.

Las características de arranque de los motores asíncronos monofásicos son peores que las de los motores asíncronos trifásicos debido a que en el arranque de las máquinas monofásicas se excita un campo magnético giratorio elíptico con una fase inicial del devanado del estator equivalente a dos campos magnéticos giratorios circulares no uniformes, directamente y viceversa, provoca un efecto de frenado.

Al seleccionar los parámetros de los elementos de los circuitos eléctricos de la fase de trabajo y arranque del devanado del estator, es posible garantizar la excitación de un campo magnético circular giratorio en el arranque, lo que es posible con un elemento de cambio de fase hecho en forma de un condensador con una capacidad adecuada.

Como la aceleración del rotor provoca un cambio en los parámetros de los circuitos de la máquina, el campo magnético giratorio cambia de circular a elíptico, degradando así las características de arranque del motor. Por lo tanto, a una velocidad de aproximadamente 0,8 nominal, la fase de arranque del devanado del estator del motor eléctrico se desconecta manual o automáticamente, como resultado de lo cual el motor cambia a funcionamiento monofásico.

Los motores asíncronos monofásicos con condensador de arranque tienen un múltiplo del par de arranque inicial kp = 1,7 — 2,4 y un múltiplo de la corriente de arranque inicial ki = 3 — 5.

Motores asíncronos bifásicos

En los motores asíncronos bifásicos, las dos fases del devanado del estator con áreas de fase de 90 el. saludos son los trabajadores. Están ubicados en las ranuras del circuito magnético del estator, de manera que sus ejes magnéticos forman un ángulo de 90 el. granizo. Estas fases del devanado del estator difieren entre sí no solo en el número de vueltas, sino también en las tensiones y corrientes nominales, aunque sus potencias totales son las mismas en el modo nominal del motor.

En una de las fases del devanado del estator hay un condensador permanente Cp (Fig. 3, a), que en las condiciones del modo nominal del motor proporciona la excitación de un campo magnético giratorio circular. La capacidad de este condensador está determinada por la fórmula:

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

donde I1 y φ1- respectivamente, la corriente y el cambio de fase entre el voltaje y la corriente del circuito de fase del devanado del estator sin un capacitor en un campo magnético giratorio circular, I y ti - la frecuencia de la corriente alterna y el voltaje del suministro red, respectivamente, n- coeficiente de transformación - la relación del número efectivo de vueltas de las fases del devanado del estator, respectivamente con y sin condensador, determinado por la fórmula

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

donde коб2 y коб1 — coeficientes de devanado de las fases correspondientes del devanado del estator con el número de vueltas w2 y w1.

La tensión del terminal del condensador Uc conectada en serie con la fase del devanado de un motor de inducción de dos fases con un campo magnético giratorio circular por encima de la tensión de red U y se determina de la siguiente manera:

Uc = U √1 + n2

La transición a una carga del motor diferente a la nominal va acompañada de un cambio en el campo magnético giratorio, que en lugar de circular se vuelve elíptico.Esto empeora las propiedades de trabajo del motor, y al arrancar, reduce la inicial Par de arranque a MP <0.3Mnom, limitando el uso de motores de capacitor permanentemente conectados solo en instalaciones con condiciones de arranque suaves.

Para aumentar el par inicial, el condensador de arranque Cn se conecta en paralelo con el condensador de trabajo Cp (Fig.3, b), cuya capacidad es mucho mayor que la capacidad del condensador de trabajo y depende del conjunto del arranque inicial torque, que se puede aumentar a dos o más.

Arroz. 3. Esquemas para encender motores asíncronos bifásicos con rotor de jaula de ardilla: a — con un capacitor conectado permanentemente, b — con un capacitor de funcionamiento y arranque.

Después de que el rotor acelera a una velocidad de 0,6 — 0,7 del capacitor de arranque nominal, se apaga para evitar la transición de un campo magnético giratorio circular a uno elíptico, lo que deteriora el funcionamiento del motor.

El modo de arranque de estos motores de condensadores se caracteriza por los siguientes parámetros: kn = 1,7 — 2,4 y ki = 4 — 6.

Los motores de condensadores se distinguen por mejores características energéticas que los motores monofásicos con velo inicial en el devanado del estator, y su factor de potencia, gracias al uso de condensadores, es superior al de los motores trifásicos de la misma potencia.

Motores asíncronos universales

Las instalaciones de control automático utilizan motores asíncronos universales-máquinas trifásicas de baja potencia, que se conectan a una red trifásica o monofásica. Cuando se alimentan desde una red monofásica, las características de arranque y operación de los motores son ligeramente peores que cuando se usan en modo trifásico.

Los motores asíncronos universales de la serie UAD se fabrican con dos y cuatro polos, que en modo trifásico tienen una potencia nominal de 1,5 a 70 W, y en modo monofásico, de 1 a 55 W y funcionan con corriente alterna. red de voltaje con una frecuencia de 50 Hz con eficiencia η= 0.09 — 0.65.

Motores asíncronos monofásicos con polos sombreados o sombreados

En los motores de inducción monofásicos de polos partidos o sombreados, cada polo está dividido por una ranura profunda en dos partes desiguales y lleva un devanado monofásico que cubre todo el circuito magnético del polo y espiras cortocircuitadas ubicadas en su parte menor.

El rotor de estos motores tiene un bobinado de cortocircuito. La inclusión del devanado del estator a un voltaje sinusoidal va acompañada del establecimiento de una corriente en él y la excitación de un campo magnético alterno con un eje de simetría fijo, que induce la fem y las corrientes correspondientes en los bucles cortocircuitados.

Bajo la influencia de las corrientes de cortocircuito, los m.d.s correspondientes excitan un campo magnético, que impide el fortalecimiento y debilitamiento del campo magnético principal en los polos frecuentes blindados. Los campos magnéticos de las partes protegidas y no protegidas de los polos están desfasados ​​en el tiempo y, desplazados en el espacio, forman el campo magnético giratorio elíptico resultante que se mueve en la dirección desde el eje magnético de la parte no protegida del polo hasta el eje magnético. de su parte blindada.

La interacción de este campo con las corrientes inducidas en el devanado del rotor provoca la aparición del par inicial Mn = (0,2 — 0,6) Mnom y la aceleración del rotor a la velocidad nominal, si el par de frenado aplicado al eje del motor no debe exceder el par de arranque.

Para aumentar los pares iniciales de arranque y máximos de los motores asíncronos monofásicos de polos partidos o sombreados, se colocan shunts magnéticos de chapa de acero entre sus polos, lo que acerca el campo magnético giratorio a la circularidad.

Los motores de polos sombreados son dispositivos no reversibles que permiten arranques frecuentes, paradas repentinas y pueden retrasarse mucho tiempo. Se fabrican con potencia nominal bipolar y tetrapolar de 0,5 a 30 W y con un diseño mejorado hasta 300 W para operar desde una red de tensión alterna con una frecuencia de 50 Hz con una eficiencia de ηnom = 0,20 — 0,40.
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