Motore asincrono monofase: come funziona

Il nome stesso di questo dispositivo elettrico indica che l'energia elettrica fornita ad esso viene convertita in movimento di rotazione del rotore. Inoltre, l'aggettivo "asincrono" caratterizza la mancata corrispondenza, il ritardo della velocità di rotazione dell'armatura dal campo magnetico dello statore.

La parola "monofase" provoca una definizione ambigua. Ciò è dovuto al fatto che il termine "fase" in electrics definisce diversi fenomeni:

• spostamento, differenza di angoli tra quantità vettoriali;

• potenziale conduttore di un circuito elettrico CA a due, tre o quattro fili;

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

Pertanto, chiariamo immediatamente che è consuetudine chiamare un motore elettrico monofase che funziona da una rete a corrente alternata a due fili, rappresentata da una fase e zero potenziale. Il numero di avvolgimenti montati in vari modelli di statori non influenza questa definizione.

Design del motore

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

1. uno statore - una parte fissa statica, realizzata da un alloggiamento con vari elementi elettrici situati su di esso;

2. un rotore ruotato dalle forze del campo elettromagnetico dello statore.

Il collegamento meccanico di queste due parti è realizzato da cuscinetti di rotazione, i cui anelli interni sono montati sulle boccole montate dell'albero del rotore e gli anelli esterni sono montati su coperture laterali protettive fissate allo statore.

rotore

Il suo dispositivo per questi modelli è lo stesso di tutti i motori a induzione: un nucleo magnetico da piastre caricate a base di leghe di ferro dolce è montato su un albero in acciaio. Sulla sua superficie esterna, vengono ricavate delle scanalature in cui sono montate le barre di avvolgimento in alluminio o rame, cortocircuitate alle estremità degli anelli di chiusura.

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

È possibile realizzare rotori separati per motori monofase in materiali non magnetici o ferromagnetici sotto forma di un cilindro.

statore

Viene presentato anche il design dello statore:

• alloggio;

• circuito magnetico;

• avvolgimento.

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

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

1. lavoratore;

2. lanciatore.

Nei progetti più semplici, progettati per la rotazione manuale dell'ancora, è possibile realizzare solo un 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 anello. I suoi fili all'interno dello statore sono distribuiti in un cerchio a 180 gradi angolari. Una corrente sinusoidale alternata la attraversa, con semionde positive e negative. Crea non un campo magnetico rotante, ma pulsante.

Come si verificano le pulsazioni del campo magnetico

Analizziamo questo processo usando l'esempio di una semionda di corrente positiva che scorre al momento istanti t1, t2, t3.

Passa lungo la parte superiore del percorso attuale verso di noi e lungo la parte inferiore - da noi. Nel piano perpendicolare rappresentato dal circuito magnetico, i flussi magnetici appaiono attorno al conduttore.

Le correnti che variano in ampiezza nel momento considerato creano campi elettromagnetici F1, F2 e F3 di diversa grandezza. Poiché la corrente nella metà superiore e inferiore è la stessa, ma la bobina è piegata, i flussi magnetici di ciascuna parte sono diretti nella direzione opposta e distruggono l'azione reciproca.Questo può essere determinato dalla regola di un gimlet o dalla mano destra.

Come puoi vedere, con una semionda positiva, non si osserva la rotazione del campo magnetico, ma solo la sua ondulazione si verifica nella parte superiore e inferiore del filo, che è anche reciprocamente bilanciata nel circuito magnetico. Lo stesso processo si verifica con una sezione negativa della sinusoide, quando le correnti si invertono.

Poiché non vi è alcun campo magnetico rotante, anche il rotore rimarrà fermo, poiché non vi sono forze applicate per avviare la rotazione.

Come viene creata la rotazione del rotore in un campo pulsante

Se si dà una rotazione al rotore, anche con la mano, continuerà questo movimento. Per spiegare questo fenomeno, mostriamo che il flusso magnetico totale varia in frequenza della sinusoide corrente da zero al valore massimo in ciascun semiciclo (con un cambio di direzione) e consiste di due parti formate nei rami superiore e inferiore, come mostrato nella figura.

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

npr = nbr = f60 / p = 1.

In questa formula sono indicati:

• frequenza di rotazione npr e nobr del campo magnetico dello statore nelle direzioni avanti e indietro;

• n1 è la velocità del flusso magnetico rotante (r / min);

• p è il numero di coppie polari;

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

Ora con la nostra mano daremo la rotazione del motore in una direzione e riprenderà immediatamente il movimento a causa del verificarsi di una coppia causata dallo scorrimento del rotore rispetto ai diversi flussi magnetici delle direzioni avanti e indietro.

Partiamo dal presupposto che il flusso magnetico della direzione in avanti coincide con la rotazione del rotore e che il contrario, rispettivamente, sarà l'opposto. Se n2 è la frequenza di rotazione dell'ancora in rpm, allora possiamo scrivere l'espressione n2

In questo caso, denotiamo Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Qui, gli indici S e Spr indicano lo slittamento del motore asincrono e il rotore del flusso magnetico relativo della direzione in avanti.

Nel flusso inverso, lo slip Sobr è espresso da una formula simile, ma con il cambio del segno n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

In conformità con la legge dell'induzione elettromagnetica, sotto l'influenza dei flussi magnetici diretti e inversi, una forza elettromotrice agirà nell'avvolgimento del rotore, che creerà correnti delle stesse direzioni I2pr e I2obr in esso.

La loro frequenza (in hertz) sarà direttamente proporzionale all'entità della scivolata.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Inoltre, la frequenza f2obr formata dalla corrente indotta I2obr supera significativamente la frequenza f2pr.

Ad esempio, un motore elettrico funziona su una rete a 50 Hz con n1 = 1500 e n2 = 1440 rpm. Il suo rotore ha uno scorrimento rispetto al flusso magnetico della direzione anteriore Spr = 0,04 e la frequenza corrente f2pr = 2 Hz. Lo scorrimento inverso Sobr = 1.96 e la frequenza corrente f2obr = 98 Hz.

Basato sulla legge Ampere, quando l'attuale I2pr e il campo magnetico Фпр interagiscono, appare una coppia Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Qui, il coefficiente costante SM dipende dal design del motore.

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

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

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

M = Mpr-Mobr.

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

Durante il superamento del carico nominale da parte di un motore monofase, viene creato un leggero scorrimento con la quota principale della coppia diretta Mpr. La contrazione dell'inibitore, campo magnetico inverso MOBR ha un effetto molto lieve a causa della differenza nelle frequenze delle correnti delle direzioni avanti e indietro.

f2obr della corrente inversa supera significativamente f2pr e l'induttanza indotta X2obr supera notevolmente il componente attivo e fornisce un grande effetto smagnetizzante del flusso magnetico inverso Fobr, 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 applicata a un motore con un rotore fisso (n2 = 0), allora lo scorrimento, sia in avanti che indietro, è uguale all'unità, e i campi magnetici e le forze dei flussi in avanti e indietro sono bilanciati e la rotazione non avviene. Pertanto, dalla fornitura di una fase è impossibile staccare l'armatura del motore.

Come determinare rapidamente la velocità del motore:

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

Nell'intera storia del funzionamento di tali dispositivi, sono state sviluppate le seguenti soluzioni di progettazione:

1. svolgimento manuale dell'albero con una mano o un cavo;

2. l'uso di un avvolgimento aggiuntivo collegato durante l'avvio a causa della resistenza ohmica, capacitiva o induttiva;

3. scissione mediante una bobina magnetica in cortocircuito del circuito magnetico dello statore.

Il primo metodo è stato utilizzato nello sviluppo iniziale e non ha iniziato ad essere applicato in futuro a causa dei possibili rischi di lesioni all'avvio, anche se non richiede catene aggiuntive.

Applicazione dell'avvolgimento a sfasamento nello statore

Per dare la rotazione iniziale del rotore all'avvolgimento dello statore, al momento dell'avvio viene collegato un altro ausiliario, ma spostato di soli 90 gradi in angolo. Viene eseguito con un filo più spesso per far passare più correnti di quelle che fluiscono in quella di lavoro.

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

Qui, il pulsante di tipo PNVS viene utilizzato per accendere, che è stato appositamente creato per tali motori ed è stato ampiamente utilizzato nel funzionamento delle lavatrici prodotte in URSS. Questo pulsante attiva immediatamente 3 contatti in modo tale che i due estremi, dopo essere stati premuti e rilasciati, rimangano fissi nello stato di accensione e quello centrale si chiuda brevemente, quindi ritorni nella sua posizione originale sotto l'azione della molla.

I contatti estremi chiusi possono essere disconnessi premendo il pulsante di arresto adiacente.

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

1. interruttori centrifughi;

2. relè differenziali o di corrente;

3. timer meccanici.

Per migliorare l'avviamento del motore sotto carico, vengono utilizzati elementi aggiuntivi nell'avvolgimento a spostamento di fase.

Collegamento di un motore monofase con resistenza di avviamento

In tale circuito, la resistenza ohmica è montata in sequenza sull'avvolgimento aggiuntivo dello statore. In questo caso, l'avvolgimento delle spire viene eseguito in modo biffilaro, fornendo un coefficiente di autoinduzione della bobina molto vicino allo zero.

A causa dell'implementazione di questi due metodi, quando le correnti scorrono attraverso diversi avvolgimenti, si verifica uno spostamento di fase di circa 30 gradi tra loro, il che è abbastanza. La differenza di angoli viene creata cambiando le resistenze complesse in ciascun circuito.

Con questo metodo, è ancora possibile trovare un avvolgimento di partenza con bassa induttanza e maggiore resistenza. Per questo, viene utilizzato l'avvolgimento con un piccolo numero di giri di un filo di sezione trasversale abbassata.

Collegamento di un motore monofase con avviamento a condensatore

Lo spostamento di corrente di fase capacitivo consente di creare una connessione a breve termine dell'avvolgimento con un condensatore collegato in serie. Questa catena funziona solo quando il motore entra in modalità, quindi si spegne.

L'avvio del condensatore crea la coppia massima e un fattore di potenza superiore rispetto a un metodo di avviamento resistivo o induttivo. Può raggiungere un valore del 45 ÷ 50% del valore nominale.

In circuiti separati, viene aggiunta anche una capacità alla catena di avvolgimento di lavoro, che è costantemente attiva. Per questo motivo, si ottengono deviazioni delle correnti negli avvolgimenti di un angolo dell'ordine di π / 2. Allo stesso tempo, uno spostamento di ampiezze massime è fortemente evidente nello statore, che fornisce una buona coppia sull'albero.

Grazie a questa tecnica, il motore è in grado di generare più potenza all'avvio. Tuttavia, questo metodo viene utilizzato solo con azionamenti ad avvio pesante, ad esempio per far girare un tamburo di una lavatrice riempito di biancheria con acqua.

Il trigger del condensatore consente di modificare il senso di rotazione dell'armatura. Per fare ciò, basta cambiare la polarità della connessione dell'avvolgimento di partenza o di lavoro.

Collegamento del motore monofase a polo diviso

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

Tagliato in due parti, un tale polo crea un ulteriore campo magnetico, che viene spostato in angolo da quello principale e lo indebolisce nel posto coperto dalla bobina. A causa di ciò, viene creato un campo rotante ellittico, formando un momento di rotazione di una direzione costante.

In tali progetti, si possono trovare shunt magnetici fatti di piastre d'acciaio che chiudono i bordi delle punte dei poli dello statore.

Motori di design simili si trovano nei dispositivi di ventilazione per soffiare aria. Non hanno la possibilità di invertire.