Motor asincron: principiu de funcționare, caracteristici de proiectare

Motorul asincron este un motor de curent alternativ, a cărui viteză de rotație nu este egală cu frecvența tensiunii în înfășurările statorului. Aceste motoare au devenit foarte răspândite deoarece sunt destul de robuste. Motoarele asincrone monofazate, trifazate pot funcționa sub o sarcină semnificativă pentru o perioadă lungă de timp, fără supraîncălzire, își păstrează cuplul. Funcționarea motorului asincron este simplă, dar, în același timp, caracteristicile sale depind în mod direct de parametrii înfășurărilor și de tehnologia de stabilire a acestora.

Tabelul de conținut:

Domeniul de aplicare

Motorul asincron este utilizat pe scară largă ca motor de tracțiune, motor secundar și alte tipuri de componente de putere. Având în vedere caracteristicile designului său, absența contactelor glisante, funcționarea unui astfel de motor este mult mai ușoară. De asemenea, schema de conectare nu necesită dispozitive de control complexe, dacă vorbim despre un mod simplu de funcționare cu o frecvență constantă. În plus, și durata de viață înainte de service este mult mai lungă, deoarece spațiul intern și înfășurările nu sunt contaminate cu grafit.

Motorul asincron este utilizat în multe aplicații:

• Sisteme de ventilație — datorită rezistenței și nepretențiozității lor în funcționare, motoarele cu cușcă de veveriță sunt destul de des utilizate ca ventilatoare. Acestea supraviețuiesc perioadelor lungi de funcționare la viteză maximă, oferind utilizatorilor sau echipamentelor de proces un flux de aer intens.
• Transportoare — datorită cuplului lor ridicat și capacității de a-l menține sub sarcină, motoarele asincrone au devenit o opțiune ideală pentru realizarea controlului liniilor de producție în mișcare.
• Sisteme de urmărire și unități de acționare — motoarele cu inducție sunt adesea utilizate în sistemele de acționare pentru echipamentele de proces. Cu toate acestea, acest tip de motor necesită o schemă de cablare specială și o unitate de control al frecvenței, iar rotorul motorului cu inducție este echipat cu magneți de neodim. Aceste motoare sunt concepute pentru a funcționa cu o frecvență de până la 400 Hz.
• Sfera domestică. De la un astfel de motor este posibil să se facă diverse unități de lucru pentru uz casnic sau pentru un mic atelier: ventilator, clapete controlate, ferăstrău circular, jointer, alte echipamente.

Varietăți de motoare

Din tipul de rețea de alimentare motoarele electrice asincrone sunt subdivizate în:

1. Trifazate. Înfășurările motoarelor asincrone de acest tip constau din 3 bobine, special dispuse în canelurile statorului. Acestea sunt concepute pentru a lucra în industrie, deoarece au randament ridicat și cosφ apropiat de 1, iar pentru a oferi economii suplimentare funcționează cu un sistem de recuperare a energiei în timpul frânării, acționând ca un generator.
2. Motor de inducție monofazat. Utilizate în gospodării și industrie: mașini de spălat vechi, ventilatoare de uz casnic, refrigerare și alte tipuri de echipamente. Au un randament mai scăzut, putere, în comparație cu trifazat, care se explică prin pierderi în stator din cauza lipsei unei faze suplimentare.

Dispozitivul unui motor cu inducție

Dispozitivul motorului de inducție este destul de simplu:

• Statorul este partea staționară a motorului electric, care este prevăzută cu înfășurări de câmp.
• Rotorul este un element rotativ al motorului, care se rotește sub acțiunea câmpului magnetic creat de înfășurările de câmp situate pe stator. Există 2 tipuri de motoare din punct de vedere al construcției rotorului: cușcă de veveriță și fază.
• Flanșele sunt partea statică a motorului electric, care conține rulmenții de susținere care țin rotorul și sunt un fel de fixare pentru stator. Acesta este prins între două capace de flanșă cu ajutorul șuruburilor de legătură. Sau sunt înșurubate la carcasa statorului.
• Cutia de borne este o parte a structurii motorului static în care sunt conduse capetele înfășurărilor de la stator. Este utilizată pentru a conecta motorul la circuitul de comandă.
• Rotorul și capacul de protecție — utilizate pentru a asigura ventilația forțată, iar capacul va proteja personalul de service de răniri.
• Înfășurări de serviciu suplimentare — dacă este necesar, împreună cu înfășurarea de câmp de pe stator, poate exista o înfășurare suplimentară destinată monitorizării și măsurării parametrilor de funcționare ai motorului în timpul funcționării acestuia.
• Senzori de temperatură — motoarele asincrone industriale, pe lângă înfășurări, au și senzori de temperatură pentru a controla supraîncălzirea în cazul unei creșteri puternice a consumului de curent.

Motoarele pot fi, de asemenea, echipate cu cutii de viteze planare și fabricate într-o singură carcasă. Acestea sunt în principal tipuri industriale de unități utilizate pe mașini-unelte, transportoare și alte tipuri de echipamente.

Caracteristici ale dispozitivului fiecăruia dintre elemente

Statorul unui motor cu inducție este un cilindru realizat din foi de oțel electrotehnic special cu grosimea de până la 0,5 mm, acoperite cu lac. Acest cilindru este miezul, pe interior există caneluri, la care sunt plasate înfășurările. În trifazat, respectiv, deplasate cu 120 de grade, în monofazat — cu 90. Înfășurările pot fi așezate în mai multe moduri, în funcție de schema de conectare a acestora și de cerințele operaționale. Aceasta este ceea ce determină un astfel de indicator ca cuplul și puterea pe arbore. Și dacă numărul de poli este mai mare de 2 perechi, acesta poate fi utilizat în sistemele de control al urmăririi mecanismelor de acționare.

Statorul este presat în carcasă sau este situat între flanșe. Carcasa și capacele laterale sunt realizate din fontă sau din aliaj de aluminiu. Acestea au nervuri pentru a crește suprafața și eficiența disipării căldurii în timpul funcționării. Acest lucru permite o răcire mai bună a motorului, permițând funcționarea continuă sub sarcini extreme.

Înfășurarea unipolară a unui astfel de motor este înfășurată din 3 bobine. Fiecare dintre ele se numește fază. Pentru a obține parametrii necesari de funcționare a motorului, înfășurarea este așezată în canelurile opuse ale miezului. Bobinele sunt conectate între ele într-un mod special în conformitate cu schema de cablare și caracteristicile așteptate, asigurând excitarea câmpului magnetic și cuplul necesar în timpul rotației.

Toate capetele senzorilor sunt conduse într-o cutie de borne, care le permite să fie conectate într-o conexiune în stea sau în triunghi, în funcție de diagrama de cablare a sistemului de control și de mărimea sursei de alimentare. Motorul trifazat este universal, dacă este necesar, acesta poate fi conectat la o alimentare monofazată cu tensiune de linie. Atunci când înfășurările sunt conectate în delta, tensiunea înfășurării este egală cu tensiunea de linie Uf, iar atunci când sunt conectate în circuit stea — √3Uf.

Rotor

Rotorul unui motor cu inducție este un arbore pe care este fixat un miez realizat din foi de oțel electric. Ca motor trifazat sau monofazat, rotorul are practic aceeași construcție. Ca înfășurare, în motoarele asincrone convenționale cu o frecvență de funcționare de 50 Hz se folosesc bucăți de sârmă de cupru sau aluminiu de grosime mare sau tije, conectate între ele prin inele de închidere a capetelor.

Pentru a menține înfășurarea în siguranță în miez, există caneluri speciale în care înfășurarea este presată. Inelele de închidere pot fi prevăzute cu palete de ventilație pentru a îmbunătăți intensitatea de răcire a spațiului interior. Arborele este montat pe rulmenți presați în flanșe sau plăci fixate pe pat, în funcție de unitate.

Între arbore și stator există un spațiu, a cărui dimensiune depinde de parametrii de pornire ai motorului. Dacă se dorește creșterea puterii și a cuplului, ecartul trebuie să fie cât mai mic posibil. În același timp, odată cu creșterea puterii, cresc și pierderile adăugate în straturile superioare ale statorului și rotorului.

Principiul de funcționare

Motorul asincron are un principiu de funcționare destul de simplu. Acesta se bazează pe două fenomene fizice:

1. Atunci când se aplică tensiune înfășurărilor statorului, în motor este indus un câmp magnetic rotativ.
2. Câmpul influențează curentul indus în rotor. Acesta creează un cuplu care rotește arborele motorului în raport cu polii.

Pentru fiecare rotație a arborelui, polii își schimbă polaritatea cu frecvența rețelei. Prin urmare, tensiunea înfășurării statorului are o frecvență standard, iar viteza de rotație depinde de

• sarcina de pe arbore;
• numărul de perechi de poli;
• înfășurarea statorului.

Etichetarea motorului

Pentru a simplifica procesul de conectare și selecție a schemei de ED asincrone trifazate, fiecare dintre ele are un marcaj corespunzător. Acesta specifică caracteristici cum ar fi:

• cuplu;
• putere;
• viteza maximă de rotație;
• cosφ.

De asemenea, în marcajul criptat există o indicație a tipului de motor, a numărului de poli. Acestea trebuie luate în considerare atunci când se selectează un motor pentru o nevoie sau alta. Și pentru a facilita procesul de conectare, toate capetele sunt aduse împreună într-o cutie de borne, unde sunt semnate după cum urmează:

Dacă motorul este conectat la o rețea de 380V cu o tensiune liniară de înfășurare de 220V, atunci schema sa de înfășurare ar trebui să fie o delta . Dar dacă motorul este conectat la o rețea standard de 380V, schema de înfășurare ar trebui să fie stea.

Alunecare

Atunci când se ia în considerare principiul de funcționare a unui motor electric asincron, se utilizează un astfel de concept ca alunecare, iar parametrul este notat cu litera „s”. Acesta apare din cauza diferenței dintre viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului și viteza reală a rotorului. În acest caz, primul parametru este cu un ordin de mărime mai mare. În consecință, cu cât diferența este mai mare, cu atât alunecarea este mai mare.

Alunecarea ne permite să explicăm principiul de funcționare. Datorită decalajului dintre viteza rotorului și câmpul magnetic al statorului, în rotorul cu cușcă de veveriță este indusă o CEM. Dar dacă câmpul s-ar roti la viteza frecvenței CEM în rotor, rotația reală nu ar avea loc.

Alunecarea, fiind o mărime relativă, este măsurată în %. Acesta devine mai mare pe măsură ce sarcina pe arborele motorului crește.

Motoare cu rotor fazat

În ceea ce privește motoarele cu rotor fazat, acestea au o dispunere ușor diferită. Există, de asemenea, 3 înfășurări, care sunt conectate în stea și pornirile lor sunt conduse la inelele de alimentare. Comparând cele două tipuri de motoare cu cușcă de veveriță și rotor fazic, cel de-al doilea dezvoltă imediat cuplu sub sarcină mare. Astfel de motoare sunt utilizate în sistemele în care este necesar să se realizeze o unitate de acționare puternică, cu o tracțiune mare. De asemenea, astfel de motoare sunt mai convenabile pentru controlul reglementat prin intermediul unui regulator de frecvență.

Dezavantaje ale motoarelor cu inducție

În versiunea standard fără magneți pe rotor, motoarele asincrone au o putere redusă. Ele nu sunt capabile să furnizeze imediat un cuplu ridicat. De asemenea, acestea necesită o cantitate mare de energie electrică pentru pornire, care poate depăși valorile maxime admise ale sistemului de alimentare. Prin urmare, acestea trebuie să fie pornite fără sarcină. În plus, motoarele asincrone sunt surse puternice de interferențe electromagnetice, însoțite de eșecuri în funcționarea diferitelor alte dispozitive din vecinătate. Pentru a reduce influența acestora, este necesar să se asigure o împământare de calitate și o ecranare obligatorie.