El dispositivo y el principio de funcionamiento de los motores eléctricos asíncronos.

Coches eléctricosconversión de energía eléctrica de corriente alterna a energía mecánica se denominan motores eléctricos de corriente alterna.

En la industria, los motores trifásicos asíncronos son los más extendidos. Veamos el dispositivo y el principio de funcionamiento de estos motores.

El principio de funcionamiento del motor de inducción se basa en el uso de un campo magnético giratorio.

Para comprender el funcionamiento de dicho motor, realizaremos el siguiente experimento.

fortaleceremos imán de herradura en el eje para que pueda ser girado por la manija. Entre los polos del imán colocamos un cilindro de cobre a lo largo del eje, que puede girar libremente.

Figura 1. El modelo más simple para obtener un campo magnético giratorio

Comencemos a girar el imán del mango en el sentido de las agujas del reloj. El campo del imán también comenzará a girar y, a medida que gira, cruzará el cilindro de cobre con sus líneas de fuerza. en un cilindro según la ley de la inducción electromagnética, tendrá corrientes de Foucaultquien va a crear el suyo propio campo magnético — el campo del cilindro. Este campo interactuará con el campo magnético del imán permanente, haciendo que el cilindro gire en la misma dirección que el imán.

Se encontró que la velocidad de rotación del cilindro es ligeramente menor que la velocidad de rotación del campo magnético.

De hecho, si el cilindro gira a la misma velocidad que el campo magnético, entonces las líneas del campo magnético no lo cruzan y, por lo tanto, no surgen corrientes de Foucault que hagan que el cilindro gire.

La velocidad de rotación del campo magnético generalmente se llama síncrona, porque es igual a la velocidad de rotación del imán, y la velocidad de rotación del cilindro es asíncrona (asincrónica). Por lo tanto, el motor en sí se llama motor de inducción... La velocidad de rotación del cilindro (rotor) difiere de velocidad sincrónica de rotación del campo magnético con una pequeña cantidad de deslizamiento.

Denota la velocidad de rotación del rotor a través de n1 y la velocidad de rotación del campo a través de n podemos calcular el deslizamiento porcentual mediante la fórmula:

s = (n — n1) / n.

En el experimento anterior obtuvimos un campo magnético giratorio y la rotación del cilindro causada por él debido a la rotación de un imán permanente, por lo tanto, tal dispositivo aún no es un motor eléctrico... Debería hacerse electricidad crear un campo magnético giratorio y usarlo para girar el rotor. Este problema fue brillantemente resuelto en su tiempo por M. O. Dolivo-Dobrovolski. Propuso utilizar corriente trifásica para este propósito.

El dispositivo de un motor eléctrico asíncrono M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figura 2. Diagrama del motor eléctrico asíncrono Dolivo-Dobrovolsky

En los polos de un núcleo de hierro en forma de anillo, llamado estator de motor, se colocan tres devanados, redes de corriente trifásicas 0 ubicadas entre sí en un ángulo de 120 °.

Dentro del núcleo, un cilindro de metal, el llamado rotor del motor eléctrico.

Si las bobinas están interconectadas como se muestra en la figura y conectadas a una red de corriente trifásica, entonces el flujo magnético total creado por los tres polos resultará ser giratorio.

La figura 3 muestra el gráfico de los cambios en las corrientes en los devanados del motor y el proceso de aparición de un campo magnético giratorio.

Veamos este proceso con más detalle.

Figura 3. Obtención de un campo magnético giratorio

En la posición «A» del gráfico, la corriente en la primera fase es cero, en la segunda fase es negativa y en la tercera es positiva. La corriente fluye a través de las bobinas polares en la dirección indicada por las flechas en la figura.

Habiendo determinado, de acuerdo con la regla de la mano derecha, la dirección del flujo magnético creado por la corriente, nos aseguraremos de que el polo sur (S) se creará en el extremo del polo interior (mirando hacia el rotor) del tercer devanado y el polo norte (C ) se creará en el polo de la segunda bobina. El flujo magnético total se dirigirá desde el polo de la segunda bobina a través del rotor hasta el polo de la tercera bobina.

En la posición «B» del gráfico, la corriente en la segunda fase es cero, en la primera fase es positiva y en la tercera es negativa. La corriente que fluye a través de los devanados polares crea un polo sur (S) al final del primer devanado y un polo norte (C) al final del tercer devanado. El flujo magnético total ahora se dirigirá desde el tercer polo a través del rotor hasta el primer polo, es decir, los polos se moverán 120 °.

En la posición «B» del gráfico, la corriente en la tercera fase es cero, en la segunda fase es positiva y en la primera fase es negativa.Ahora, la corriente que fluye a través de la primera y la segunda bobina creará un polo norte (C) en el extremo del polo de la primera bobina y un polo sur (S) en el extremo del polo de la segunda bobina, es decir , la polaridad del campo magnético total cambiará otros 120 °. En la posición «G» del gráfico, el campo magnético se moverá otros 120°.

Por lo tanto, el flujo magnético total cambiará su dirección con un cambio en la dirección de la corriente en los devanados del estator (polos).

En este caso, durante un período de cambio de corriente en las bobinas, el flujo magnético hará una revolución completa. El flujo magnético giratorio arrastrará consigo al cilindro y así obtendremos un motor eléctrico asíncrono.

Recuerde que en la Figura 3 los devanados del estator están conectados en estrella, pero se forma un campo magnético giratorio cuando están conectados en delta.

Si cambiamos los devanados de la segunda y tercera fase, el flujo magnético invertirá su dirección de rotación.

Se puede lograr el mismo resultado sin cambiar los devanados del estator, pero dirigiendo la corriente de la segunda fase de la red hacia la tercera fase del estator, y la tercera fase de la red hacia la segunda fase del estator.

Por lo tanto, puede cambiar la dirección de rotación del campo magnético cambiando dos fases.

Consideramos un dispositivo con un motor de inducción con tres devanados de estator... En este caso, el campo magnético giratorio es bipolar y el número de revoluciones por segundo es igual al número de períodos de cambio de corriente en un segundo.

Si se colocan seis bobinas en el estator alrededor de la circunferencia, entonces un campo magnético giratorio de cuatro polos... Con nueve bobinas, el campo será de seis polos.

A una frecuencia de corriente trifásica igual a 50 períodos por segundo o 3000 por minuto, el número de revoluciones n del campo giratorio por minuto será:

con estator bipolar n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

con un estator de cuatro polos n = (50 NS 60) / 2 = 1500 revoluciones,

con un estator de seis polos n = (50 NS 60) / 3 = 1000 vueltas,

con el número de pares de polos del estator igual a p: n = (f NS 60) / p,

Entonces, establecimos la velocidad de rotación del campo magnético y su dependencia del número de devanados del estator del motor.

Como sabemos, el rotor del motor se retrasará un poco en su rotación.

Sin embargo, el retraso del rotor es muy pequeño. Por ejemplo, cuando el motor está al ralentí, la diferencia de velocidad es solo del 3 % y bajo carga del 5 al 7 %. Por lo tanto, la velocidad del motor de inducción cambia dentro de límites muy pequeños cuando cambia la carga, lo cual es una de sus ventajas.

Considere ahora el dispositivo de motores eléctricos asíncronos.

Motor eléctrico asíncrono desmontado: a) estator; b) rotor de jaula de ardilla; c) rotor en fase de ejecución (1 — armazón; 2 — núcleo de láminas de acero estampadas; 3 — bobina; 4 — eje; 5 — anillos deslizantes)

El estator de un motor eléctrico asíncrono moderno tiene polos no pronunciados, es decir, la superficie interna del estator está completamente lisa.

Para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault, el núcleo del estator está formado por finas láminas de acero estampadas. El núcleo del estator ensamblado se fija en una carcasa de acero.

Se coloca una bobina de alambre de cobre en las ranuras del estator.Los devanados de fase del estator del motor eléctrico están conectados por una "estrella" o "triángulo", por lo que todos los comienzos y extremos de los devanados se llevan al cuerpo - a un escudo aislante especial. Tal dispositivo de estator es muy conveniente, ya que le permite encender sus devanados a diferentes voltajes estándar.

El rotor de un motor de inducción, como un estator, se ensambla a partir de láminas de acero estampadas. Se coloca una bobina en las ranuras del rotor.

Dependiendo del diseño del rotor, los motores eléctricos asíncronos se dividen en motores de rotor de jaula de ardilla y motores de rotor de fase.

El devanado del rotor de jaula de ardilla está hecho de varillas de cobre insertadas en las ranuras del rotor. Los extremos de las varillas están conectados con un anillo de cobre. Esto se llama rodar en jaula de ardilla. Tenga en cuenta que las barras de cobre de los canales no están aisladas.

En algunos motores, la "jaula de ardilla" se reemplaza por un rotor fundido.

Motor de rotor asíncrono (con anillos rozantes) se utiliza generalmente en motores eléctricos de alta potencia y en estos casos; cuando es necesario que el motor eléctrico cree una gran fuerza al arrancar. Esto se logra por el hecho de que los devanados del motor de fase están conectados reóstato de arranque.

Los motores de inducción de jaula de ardilla se ponen en marcha de dos formas:

1) Conexión directa de la tensión de red trifásica al estator del motor. Este método es el más simple y el más popular.

2) Reducir el voltaje aplicado a los devanados del estator. El voltaje se reduce, por ejemplo, cambiando los devanados del estator de estrella a triángulo.

El motor arranca cuando los devanados del estator están conectados en "estrella", y cuando el rotor alcanza la velocidad normal, los devanados del estator se cambian a conexión "triángulo".

La corriente en los cables de alimentación en este método de arranque del motor se reduce 3 veces en comparación con la corriente que se produciría al arrancar el motor por conexión directa a la red con devanados del estator conectados en «triángulo».Sin embargo, este método solo es adecuado si el estator está diseñado para un funcionamiento normal cuando sus devanados están conectados en triángulo.

El más simple, económico y confiable es un motor asíncrono de jaula de ardilla, pero este motor tiene algunas desventajas: bajo esfuerzo de arranque y alta corriente de arranque. Estas desventajas se eliminan en gran medida mediante el uso de un rotor de fase, pero el uso de dicho rotor aumenta en gran medida el costo del motor y requiere un arranque con reóstato.

Tipos de motores asíncronos

El tipo principal de máquina asíncrona es un motor asíncrono trifásico... Tiene tres devanados de estator ubicados a 120 ° entre sí. Las bobinas están conectadas en estrella o triángulo y alimentadas con corriente alterna trifásica.

Los motores de baja potencia se implementan en la mayoría de los casos como bifásicos... A diferencia de los motores trifásicos, tienen dos devanados de estator, cuyas corrientes deben compensarse en un ángulo para crear un campo magnético giratorio π/2.

Si las corrientes en los devanados son iguales en magnitud y están desfasadas 90 °, entonces el funcionamiento de dicho motor no diferirá de ninguna manera del funcionamiento de un motor trifásico. Sin embargo, tales motores con dos devanados de estator en la mayoría de los casos son alimentados por una red monofásica y se crea artificialmente un desplazamiento cercano a los 90 °, generalmente debido a los condensadores.

Motor monofásico solo un devanado del estator está prácticamente inactivo, cuando el rotor está parado solo se crea un campo magnético pulsante en el motor y el par es cero. Es cierto que si el rotor de una máquina de este tipo gira a cierta velocidad, entonces puede realizar las funciones de un motor.

En este caso, aunque sólo habrá un campo pulsante, consta de dos simétricos - adelante y atrás, que crean pares desiguales - un motor más grande y menos frenado, que surge debido a las corrientes del rotor de mayor frecuencia (deslizamiento contra el síncrono inverso). campo es mayor que 1).

En relación a lo anterior, los motores monofásicos se suministran con un segundo devanado que se utiliza como devanado de arranque. Los condensadores están incluidos en el circuito de esta bobina para crear un cambio de fase de la corriente, cuya capacidad puede ser bastante grande (decenas de microfaradios con una potencia de motor de menos de 1 kW).

Los sistemas de control utilizan motores bifásicos, a veces llamados ejecutivo... Tienen dos devanados de estator desplazados en el espacio por 90 °. Uno de los devanados, llamado devanado de campo, está directamente conectado a una red de 50 o 400 Hz. El segundo se utiliza como bobina de control.

Para crear un campo magnético giratorio y el par correspondiente, la corriente en la bobina de control debe desplazarse en un ángulo cercano a los 90 °. La regulación de la velocidad del motor, como se verá a continuación, se realiza cambiando el valor o fase de la corriente en esta bobina. Se proporciona lo contrario cambiando la fase de la corriente en la bobina de control en 180 ° (conmutación de la bobina).

Los motores bifásicos se fabrican en varias versiones:

• con rotor de jaula de ardilla,

• con un rotor hueco no magnético,

• con un rotor magnético hueco.

motores lineales

La transformación del movimiento de rotación del motor en movimiento de traslación de los órganos de la máquina de trabajo está siempre asociada a la necesidad de utilizar unidades mecánicas: cremalleras, tornillos, etc.solo condicionalmente, como un órgano en movimiento).

En este caso, se dice que el motor está desplegado. El devanado del estator de un motor lineal se realiza de la misma manera que para un motor volumétrico, pero debe colocarse solo en las ranuras a lo largo de todo el movimiento máximo posible del rotor deslizante. El rotor deslizante generalmente está cortocircuitado, el cuerpo de trabajo del mecanismo está articulado con él. Por supuesto, en los extremos del estator deben existir topes para evitar que el rotor se salga de los límites de trabajo del recorrido.