Características de los motores de inducción monofásicos

Los motores asíncronos monofásicos se utilizan ampliamente en tecnología y en la vida cotidiana. La producción de motores eléctricos asíncronos monofásicos desde una fracción de vatio hasta cientos de vatios es más de la mitad de la producción de todas las máquinas de baja potencia, y su potencia aumenta constantemente.

Los motores monofásicos generalmente se dividen en dos categorías:

• motores de uso general «que incluyen motores eléctricos industriales y domésticos;

• motores de dispositivos automáticos: motores de CA controlados y no controlados y máquinas eléctricas especializadas de baja potencia (tacogeneradores, transformadores rotativos, selsins, etc.).

Una proporción significativa de motores eléctricos asíncronos son motores de uso general que están diseñados para funcionar en una red de CA monofásica. Sin embargo, existe un grupo bastante extenso de motores eléctricos asíncronos universales diseñados para trabajar tanto en redes monofásicas como trifásicas.

El diseño de motores universales prácticamente no difiere de diseño tradicional de máquinas asíncronas trifásicas… Cuando funcionan en una red trifásica, estos motores tienen características similares a las de los motores trifásicos.

Los motores monofásicos tienen un rotor en jaula de ardilla y el devanado del estator se puede fabricar en diferentes versiones. En la mayoría de los casos, se coloca en el estator un devanado de trabajo que llena dos tercios de las ranuras y un devanado de arranque que llena el tercio restante de las ranuras. La bobina de funcionamiento se calcula para el funcionamiento continuo y la bobina de arranque se calcula solo para el período de arranque. Por lo tanto, está hecho de alambre con una sección transversal pequeña y contiene una cantidad significativa de vueltas. Para crear un par de arranque, el devanado de arranque incluye elementos de cambio de fase: resistencias o condensadores.

Los motores asíncronos de baja potencia pueden ser bifásicos cuando el devanado de trabajo colocado sobre el estator tiene dos fases mezcladas en el espacio a 90°. En una de las fases, se incluye constantemente un elemento de cambio de fase: un condensador o resistencia Top, que proporciona un cierto cambio de fase entre las corrientes de bobina.

Se suele denominar motor con un capacitor permanentemente conectado a una de las fases condensador… La capacitancia del capacitor de cambio de fase puede ser constante, pero en algunos casos el valor de la capacitancia puede ser diferente para el modo de arranque y de funcionamiento.

Un rasgo característico de los motores asíncronos monofásicos es la capacidad de girar el rotor en diferentes direcciones. La dirección de rotación está determinada por la dirección del par inicial.

A baja resistencia del rotor (Ccr < 1), por lo tanto, un motor monofásico no puede operar en modo inverso. El modo motor corresponde a las revoluciones del rotor 0 <n <nc a mayor velocidad tiene lugar el modo generador.

Una característica de los motores monofásicos es que su par máximo depende de la resistencia del rotor. A medida que aumenta la resistencia activa del rotor, el par máximo disminuye y con valores de resistencia grandes Skr > 1 se vuelve negativo.

A la hora de elegir el tipo de motor eléctrico para accionar un dispositivo o mecanismo, es necesario conocer sus características, siendo las principales características de par (par inicial de arranque, par máximo, par mínimo), frecuencia de giro, características vibroacústicas. En algunos casos, también se requieren características de energía y peso.

A modo de ejemplo, las características de un motor monofásico se calculan con los siguientes parámetros:

• número de fases — 1;

• frecuencia de red — 50 Hz;

• tensión de red — 220 V;

• resistencia activa del devanado del estator — 5 ohmios;

• resistencia inductiva del devanado del estator — 9,42 ohmios;

• resistencia inductiva del devanado del rotor — 5,6 ohmios;

• longitud axial de la máquina — 0,1 m;

• el número de vueltas en el devanado del estator -320;

• radio del agujero del estator — 0,0382 m;

• número de canales — 48;

• espacio de aire — 1,0 x 103 m.

• factor de inductancia del rotor 1.036.

El devanado monofásico llena dos tercios de las ranuras del estator.

En la Fig. 1 muestra las dependencias de la corriente de un motor eléctrico monofásico y el par de deslizamiento electromagnético. En el modo inactivo ideal, la corriente del motor consumida por la red, principalmente para crear un campo magnético, tiene un valor relativamente grande.

Para un motor simulado, la magnitud de la corriente de magnetización es aproximadamente el 30% de la corriente inicial, para motores trifásicos con la misma potencia: 10-15%.El momento electromagnético en el modo inactivo ideal tiene un valor negativo, que aumenta a medida que aumenta la resistencia del circuito del rotor. En corrimiento C= 1, el momento electromagnético es cero, lo que confirma el correcto funcionamiento del modelo.

Higo. 1. Las envolventes de potencial vectorial e inducción magnética en el entrehierro del motor durante el deslizamiento s = 1

Arroz. 2. Dependencia de la corriente y del par electromagnético de un motor asíncrono monofásico del deslizamiento

Las dependencias de potencia útil y consumida sobre el deslizamiento (Fig. 3) tienen un carácter tradicional. La eficiencia del motor en el modo de ralentí ideal tiene un signo negativo correspondiente al par negativo, y el factor de potencia en este modo es muy bajo (0,125 para el motor simulado).

El valor más bajo del factor de potencia en comparación con los motores trifásicos se explica por la alta magnitud de la corriente de magnetización. A medida que aumenta la carga, el valor del factor de potencia aumenta y se vuelve comparable al de los motores trifásicos (Fig. 4).

Arroz. 3. Dependencia de la potencia útil y consumida de un motor asíncrono monofásico del deslizamiento

Arroz. 4. Dependencia del coeficiente de acción útil y potencia de un motor asíncrono monofásico del deslizamiento

A medida que aumenta la resistencia activa del rotor, la magnitud del momento electromagnético disminuye y, en deslizamientos críticos por encima de la unidad, se vuelve negativo.

En la Fig. 5 muestra la dependencia del momento electromagnético de un motor de deslizamiento monofásico para diferentes valores de la conductividad eléctrica del medio secundario del motor.

Arroz. 5.Dependencia del momento electromagnético de un motor deslizante monofásico a diferentes resistencias del rotor (1 — 17 x 106 Cm / m, 2 — 1,7 x 106 Cm / m)

Los motores de condensador tienen dos devanados conectados permanentemente a la red. Uno de ellos está conectado directamente a la red, el segundo está conectado en serie con un condensador que proporciona el cambio de fase necesario.

Ambos devanados ocupan el mismo número de ranuras en el estator, y el número de sus vueltas y la capacitancia del capacitor se calculan de tal manera que con algo de deslizamiento se genera un campo magnético giratorio circular. La mayoría de las veces, el deslizamiento nominal se acepta como tal. En este caso, sin embargo, el par inicial resulta ser mucho menor que el nominal.

El campo magnético en el modo inicial es elíptico; la influencia de los componentes de movimiento contrario del campo magnético se ve muy afectada.Si la capacitancia del capacitor aumenta seleccionándolo de la condición de obtener un campo circular en el arranque, entonces hay una disminución en el par y una disminución de los indicadores de energía en el deslizamiento nominal.

También es posible una tercera variante, cuando el campo circular corresponde a un deslizamiento de mayor magnitud que en el modo nominal. Pero este camino tampoco es el óptimo, ya que el aumento del par va acompañado de un importante aumento de las pérdidas. Se puede lograr un aumento en el par de arranque de un motor de condensador aumentando la resistencia activa del rotor. Este método conduce a un aumento de las pérdidas con cada deslizamiento, como resultado de lo cual disminuye la eficiencia del motor.

Arroz. 6.Dependencia de las corrientes del motor del capacitor de deslizamiento (Azp.o — corriente de la bobina de operación, Azk.o — corriente de la bobina del capacitor, E — corriente del motor)

Arroz. 7. Dependencia de la potencia de deslizamiento P1 consumida y P2 útil de un condensador

Arroz. 8. Dependencia del coeficiente de acción y potencia útil y el momento electromagnético del motor del condensador de deslizamiento

El motor del condensador tiene un rendimiento energético bastante satisfactorio, un alto factor de potencia, cuyo valor supera el factor de potencia de un motor trifásico, y con una mayor resistencia del rotor y una capacidad significativa, un alto par de arranque. Al mismo tiempo, como se mencionó anteriormente, el motor tiene un valor de eficiencia reducido.

Arroz. 9. Diagrama vectorial de un motor capacitor con deslizamiento s = 0.1

El diagrama vectorial (Fig. 9) muestra que en el valor seleccionado de la capacitancia del capacitor, la corriente de la bobina del capacitor se adelanta en relación con el voltaje de la red y la corriente de la bobina de trabajo se retrasa. El diagrama también muestra que cuando se desliza cerca del nominal, el campo magnético del motor es elíptico. Para obtener un campo circular, el valor de la capacitancia del capacitor debe reducirse para que las corrientes en las dos bobinas sean de igual magnitud.

Ver también sobre este tema:Motores de condensador monofásicos de varias velocidades