Motore asincrono: principio di funzionamento e dispositivo

Di tutto lo spettro dei motori elettrici attualmente prodotti, il motore asincrono trifase è il più comune. Quasi la metà dell'elettricità prodotta nel mondo viene utilizzata da queste macchine. Sono ampiamente usati nella lavorazione dei metalli e industria del legno. Il motore asincrono è indispensabile nelle fabbriche e stazioni di pompaggio. Senza tali macchine non è possibile fare in casa, dove sono utilizzati in altri elettrodomestici e utensili elettrici portatili.

Lo scopo di queste macchine elettriche si espande ogni giorno, poiché sono migliorati sia i modelli stessi che i materiali utilizzati per produrli.

Quali sono le parti principali di questa macchina

Dopo aver esaminato il motore asincrono trifase, è possibile osservare due elementi principali.

1. Lo statore.

2. Il rotore.

Una delle parti più importanti è lo statore . Nella foto sopra, questa parte del motore si trova a sinistra. Consiste dei seguenti elementi principali:

1. Alloggio . È necessario collegare tutte le parti della macchina. Se il motore è piccolo, il corpo è reso solido. Il materiale utilizzato è in ghisa. Si usano anche acciaio o leghe di alluminio. A volte il caso di piccoli motori combina le funzioni del nucleo. Se il motore è di grandi dimensioni e potenza, il corpo viene saldato da parti separate.

2. Core . Questo elemento del motore viene premuto nell'alloggiamento. Serve a migliorare la qualità dell'induzione magnetica. Il nucleo è fatto di piastre di acciaio elettrico. Al fine di ridurre le perdite che sono inevitabili quando compaiono correnti parassite, ogni piatto è coperto con uno strato di vernice speciale.

3. Avvolgimento . È posto nelle scanalature del nucleo. Consiste di bobine di filo di rame, che vengono raccolte nella sezione. Collegati in una certa sequenza, formano tre bobine, che insieme sono l'avvolgimento dello statore. Si collega direttamente alla rete, quindi è chiamato primario.

Il rotore è la parte mobile del motore. Nella foto è sulla destra. Serve a convertire la forza dei campi magnetici in energia meccanica. Il rotore del motore asincrono è costituito dalle seguenti parti:

1. Val . I cuscinetti sono fissati sui suoi attacchi. Sono premuti in scudi imbullonati alle pareti terminali della scatola dello statore.

2. Il nucleo, che è montato sull'albero . È costituito da piastre di acciaio speciale con una proprietà così preziosa come bassa resistenza ai campi magnetici. L'anima, avente la forma di un cilindro, è la base per la posa dell'avvolgimento dell'armatura. Il rotore, o, come viene anche chiamato, l'avvolgimento secondario riceve energia a causa del campo magnetico che appare attorno alle bobine dello statore quando una corrente elettrica le attraversa.

Motori in base al tipo di produzione della parte mobile

Distingua i motori:

1. Avere un avvolgimento del rotore cortocircuitato. Una delle varianti di questo dettaglio è mostrata nella figura.

Il motore asincrono a gabbia di scoiattolo ha un avvolgimento fatto di barre di alluminio, che si trovano nelle scanalature dell'anima. Nella parte finale sono cortocircuitati da anelli.

2. Motori elettrici con rotore fabbricato con anelli di contatto.

Entrambi i tipi di motori asincroni hanno lo stesso design dello statore. Differiscono solo nell'esecuzione dell'ancora.

Qual è il principio del lavoro

L'ancoraggio di un motore asincrono trifase, eseguito in modo simile, viene fatto ruotare a causa dell'effetto del verificarsi di un campo magnetico alternato nelle bobine dello statore. Per capire come ciò accade, devi ricordare la legge fisica dell'auto-induzione. Dice che intorno a un conduttore attraverso il quale passa una corrente di particelle cariche, sorge un campo magnetico. La sua grandezza sarà direttamente proporzionale all'induttanza del filo e all'intensità del flusso di particelle cariche che fluiscono in esso. Inoltre, questo campo magnetico forma una forza con una direzionalità specifica. Questo è ciò che ci interessa, poiché è la causa della rotazione del rotore. Per un funzionamento efficiente del motore, è necessario avere un potente flusso magnetico. Viene creato grazie a un metodo speciale di montaggio dell'avvolgimento primario.

È noto che la fonte di energia ha una tensione alternata. Di conseguenza, il campo magnetico attorno allo statore avrà la stessa caratteristica, che dipende direttamente dalla variazione di corrente nella rete di alimentazione. È interessante notare che ogni fase è spostata l'una rispetto all'altra di 120˚.

Cosa succede nell'avvolgimento dello statore

Ogni fase dell'alimentazione di rete è collegata alla corrispondente bobina dello statore, quindi il campo magnetico che si genera attorno a loro sarà spostato di 120˚. La fonte di energia ha una tensione alternata, quindi, un campo magnetico alternato sorgerà intorno alle bobine dello statore che il motore a induzione dispone. Il circuito motore asincrono è assemblato in modo che il campo magnetico che si genera attorno alle bobine dello statore cambi gradualmente e passi sequenzialmente da un avvolgimento all'altro. Questo crea l'effetto di un campo magnetico rotante. Puoi calcolare la sua velocità. Sarà misurato in giri al minuto. È determinato dalla formula: n = 60f / p, dove f è la frequenza della corrente alternata nella rete connessa (Hz), p - corrisponde al numero di coppie di poli montati sullo statore.

Come funziona il rotore

Ora è necessario considerare quali processi si verificano nell'avvolgimento secondario. Il motore asincrono a gabbia di scoiattolo ha una caratteristica strutturale. Il fatto è che nessuna tensione viene applicata al suo avvolgimento di ancoraggio. Sorge lì a causa dell'accoppiamento magnetico ad induzione con l'avvolgimento primario. Pertanto, si verifica un processo inverso a quanto osservato nello statore, in conformità con la legge, che afferma che quando si attraversa un conduttore, e nel nostro caso si tratta di un avvolgimento del rotore cortocircuitato, una corrente elettrica si genera in esso dal flusso magnetico. Da dove viene il campo magnetico? Si è originato attorno alla bobina primaria quando è collegato un alimentatore trifase.

Collegare lo statore e il rotore. Cosa succede?

Quindi, abbiamo un motore in cortocircuito asincrono con un rotore, nel cui avvolgimento passa una corrente elettrica. Sarà la causa del campo magnetico attorno all'avvolgimento dell'ancora. Tuttavia, la polarità di questo flusso sarà diversa da quella creata dallo statore. Di conseguenza, la forza da lui formata entrerà in opposizione con quella causata dal campo magnetico dell'avvolgimento primario. Questo imposterà il rotore in movimento, poiché la bobina secondaria è montata su di esso e gli alberi dell'albero dell'indotto sono fissati nella sede del motore sui cuscinetti.

Considerare la situazione dell'interazione delle forze derivanti dai campi magnetici dello statore e del rotore nel tempo. Sappiamo che il campo magnetico dell'avvolgimento primario ruota e ha una certa frequenza. La forza creata da lui si muoverà con una velocità simile. Questo farà funzionare il motore a induzione. E il suo rotore ruoterà liberamente attorno all'asse.

Effetto slittamento

La situazione in cui i flussi di potenza del rotore, come se fossero respinti dal campo magnetico rotante dello statore, veniva chiamata slittamento. Si noti che la frequenza del motore asincrono (n1) è sempre inferiore a quella con cui si muove il campo magnetico dello statore. Puoi spiegarlo in questo modo. Affinché una corrente appaia nell'avvolgimento del rotore, deve essere attraversata da un flusso magnetico con un certo velocità angolare. E quindi, è vero che la velocità di rotazione dell'albero è maggiore o uguale a zero, ma inferiore all'intensità del movimento del campo magnetico dello statore. Il rotore ha una velocità di rotazione che dipende dalla forza di attrito nei cuscinetti, nonché dalla quantità di potenza prelevata dall'albero del rotore. Pertanto, è come se fosse in ritardo rispetto al campo magnetico dello statore. Per questo motivo, la frequenza è chiamata asincrona.

Pertanto, l'energia elettrica della fonte di approvvigionamento è stata trasformata in energia cinetica albero rotante. La sua velocità di rotazione è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente di alimentazione e al numero di coppie di poli dello statore. Per aumentare la frequenza di rotazione dell'armatura, è possibile utilizzare convertitori di frequenza. Tuttavia, il funzionamento di questi dispositivi deve essere coerente con il numero di coppie di poli.

Come collegare il motore all'alimentazione

Per avviare il motore asincrono, deve essere collegato alla rete corrente trifase. Lo schema del motore asincrono è assemblato in due modi. La figura mostra lo schema di collegamento dei conduttori del motore, in cui gli avvolgimenti dello statore sono assemblati usando il metodo a stella.

Questa illustrazione mostra un altro metodo di connessione, chiamato "triangolo". I circuiti sono assemblati in una scatola morsetti attaccata all'alloggiamento.

Dovresti sapere che l'inizio di ciascuna delle tre bobine, sono anche chiamati avvolgimenti di fase, sono chiamati rispettivamente C1, C2, C3. Allo stesso modo, le estremità sono firmate, che hanno i nomi C4, C5, C6. Se nella morsettiera non è presente alcun segno di spillo, gli inizi e le estremità dovranno essere determinati in modo indipendente.

Come fare un rovescio

Se è necessario avviare il motore a induzione, cambiando la direzione di rotazione dell'armatura, è sufficiente scambiare i due fili della sorgente di tensione trifase collegata.

Motori asincroni monofase

Nella vita di tutti i giorni è problematico utilizzare motori trifase a causa dell'assenza della sorgente di tensione richiesta. Pertanto, esiste un motore asincrono monofase. Ha anche uno statore, ma con una differenza strutturale significativa. Consiste nella quantità e nel metodo di disposizione degli avvolgimenti. Questo determina lo schema di avvio della macchina.

Se un motore asincrono monofase ha uno statore con due avvolgimenti, saranno disposti attorno ad un cerchio con un angolo di 90 °. Le bobine sono chiamate di partenza e di lavoro. Sono collegati in parallelo, ma al fine di creare le condizioni per l'aspetto di un campo magnetico rotante, viene introdotta una resistenza attiva o un condensatore. Ciò crea uno sfasamento delle correnti di avvolgimento vicino a 90 °, creando così una condizione per la formazione di un campo magnetico rotante.

Se lo statore ha una sola bobina, allora un alimentatore monofase ad esso collegato causerà un campo magnetico pulsante. Una corrente alternata apparirà nell'avvolgimento del rotore cortocircuitato. Egli causerà il suo flusso magnetico. Il risultato delle due forze generate sarà zero. Pertanto, per avviare il motore con un design simile, è necessaria una spinta aggiuntiva. Puoi crearlo collegando un circuito di avviamento del condensatore.

Collegare il motore a un circuito monofase

Il motore elettrico prodotto per funzionare da una fonte di alimentazione trifase può anche funzionare da una rete domestica monofase, ma le sue caratteristiche, come l'efficienza e il fattore di potenza, diminuiranno sensibilmente. Inoltre, potenza ridotta e prestazioni iniziali.

Se è impossibile fare a meno della connessione, è necessario assemblare un circuito dai tre avvolgimenti dello statore, dove ce ne saranno solo due. Uno funziona e l'altro inizia. Ad esempio, ci sono tre bobine con gli inizi di C1, C2, C3 e le estremità di C4, C5, C6, rispettivamente. Per creare il primo avvolgimento del motore (funzionante), collegare le estremità C5 e C6 e collegare i loro inizi C3 e C2 a una sorgente di corrente monofase, ad esempio una rete domestica da 220 volt. Il ruolo del secondo avvolgimento iniziale verrà eseguito dalla rimanente bobina di avviamento inutilizzata. Si collega a una fonte di alimentazione attraverso un condensatore collegato in serie con esso.

Parametri motori asincroni

Quando si selezionano tali macchine, oltre al loro ulteriore funzionamento, è necessario tenere conto delle caratteristiche del motore asincrono. Sono energia: questa è l'efficienza, il fattore di potenza. È importante considerare i parametri meccanici. Il principale di questi è la relazione tra la velocità di rotazione dell'albero e la forza lavoro ad essa applicata. Ci sono più caratteristiche di partenza. Determinano i momenti iniziali, minimi e massimi e il loro rapporto. È anche importante sapere qual è la corrente di avviamento di un motore a induzione. Per l'uso più efficiente del motore, è necessario considerare tutti questi parametri.

Non puoi ignorare il problema del risparmio energetico. Di recente, è considerato non solo dal punto di vista della riduzione dei costi operativi. L'efficienza dei motori elettrici riduce il livello di problemi ambientali associati alla produzione di energia elettrica.

I produttori hanno costantemente il compito di sviluppare e produrre motori a risparmio energetico, aumentandone la durata e riducendo i livelli di rumore.

È possibile migliorare gli indicatori di risparmio energetico riducendo le perdite durante il funzionamento. E dipendono direttamente dalla temperatura operativa della macchina. Inoltre, il miglioramento di questa caratteristica porterà inevitabilmente ad un aumento della vita del motore.

Per ridurre la temperatura degli avvolgimenti usando un ventilatore esterno montato sul gambo dell'albero del rotore. Ma questo porta ad un inevitabile aumento del rumore prodotto dal motore durante il funzionamento. Questo indicatore è particolarmente evidente a un'alta velocità di rotazione del rotore.

Pertanto, è chiaro che il motore asincrono ha un grosso svantaggio. Non è in grado di mantenere una frequenza di rotazione costante dell'albero con carichi crescenti. Ma questo motore ha molti vantaggi rispetto ai campioni di motori elettrici di altri progetti.

Innanzitutto, ha un design robusto. Il funzionamento del motore asincrono non causa alcuna difficoltà nel suo utilizzo.

In secondo luogo, il motore asincrono è economico nella produzione e nel funzionamento.

In terzo luogo, questa macchina è universale. Esiste la possibilità di utilizzarlo in qualsiasi dispositivo che non richieda una manutenzione accurata della frequenza di rotazione dell'albero dell'indotto.

In quarto luogo, il motore con un principio di funzionamento asincrono è anche richiesto nella vita di tutti i giorni, ricevendo energia da una sola fase.