Motores assíncronos monofásicos e bifásicos

Finalidade, dispositivo e princípio de operação de motores assíncronos monofásicos

Os motores de indução monofásicos são máquinas de baixa potência que se assemelham a motores trifásicos semelhantes em design.

Os motores assíncronos monofásicos diferem dos motores trifásicos no arranjo do estator, onde um enrolamento bifásico está localizado nas ranhuras do circuito magnético, consistindo na fase principal ou de trabalho com uma área de fase de 120 el. granizo e leva aos terminais marcados C1 e C2, e uma fase auxiliar ou inicial com uma área de fase de 60 el. granizo e leva aos terminais marcados B1 e B2 (Fig. 1).

Os eixos magnéticos dessas fases do enrolamento são deslocados entre si por um ângulo 0 = 90 el. saudação. Uma fase de trabalho conectada à rede de tensão alternada não pode fazer o rotor girar, pois sua corrente excita um campo magnético alternado com um eixo de simetria fixo, caracterizado por uma indução magnética que varia harmonicamente no tempo.

Arroz. 1. Esquema do circuito de um motor monofásico de indução com rotor em gaiola de esquilo.

Este campo pode ser representado por dois componentes — campos magnéticos circulares idênticos de sequência direta e reversa, girando com induções magnéticas, girando em direções opostas na mesma velocidade. No entanto, quando o rotor é pré-acelerado na direção desejada, ele continua girando na mesma direção quando a fase de trabalho é ligada.

Por esta razão, a partida de um motor monofásico começa acelerando o rotor pressionando o botão de partida, fazendo com que correntes sejam excitadas em ambas as fases do enrolamento do estator, que são defasadas em um valor dependendo dos parâmetros do enrolamento do estator. dispositivo de desfasamento Z, feito na forma de um resistor, um indutor ou um capacitor, e elementos de circuito elétrico que incluem as fases de operação e partida do enrolamento do estator. Essas correntes provocam um campo magnético rotativo na máquina com indução magnética no entreferro, que varia periódica e monotonicamente dentro dos valores máximo e mínimo, e o final de seu vetor descreve uma elipse.

Isto. O campo magnético rotativo elíptico detecta EMF e correntes nos fios do enrolamento do rotor em curto-circuito, que, interagindo com este campo, garantem a aceleração do rotor do motor monofásico no sentido de rotação do campo, e isso atinge uma velocidade quase nominal em poucos segundos.

Soltar o botão de partida transfere o motor elétrico do modo bifásico para o modo monofásico, que é adicionalmente suportado pelo componente correspondente do campo magnético alternado, que durante sua rotação está ligeiramente à frente do rotor em rotação devido ao deslizamento.

A desconexão oportuna da fase inicial do enrolamento do estator de um motor assíncrono monofásico da rede elétrica é necessária devido ao seu design, que fornece um modo de operação de curto prazo - geralmente até 3 s, o que exclui sua permanência prolongada sob carga devido a superaquecimento inaceitável, queima de isolamento e danos.

O aumento da confiabilidade da operação de motores assíncronos monofásicos é fornecido pela incorporação na caixa da máquina de um interruptor centrífugo com contatos de interrupção conectados aos terminais marcados com VT e B2 e um relé térmico com contatos semelhantes com terminais marcados como PT e C1 (Fig. 2, cd).

A chave centrífuga desconecta automaticamente a fase de partida do enrolamento do estator conectado aos terminais marcados B1 e B2 quando o rotor atinge uma velocidade próxima à nominal, e o relé térmico desconecta ambas as fases do enrolamento do estator da rede quando o aquecimento é superior ao permitido.

A inversão do sentido de rotação do rotor é obtida alterando o sentido da corrente em uma das fases do enrolamento do estator ao iniciar, acionando o botão de partida e reorganizando a placa de metal nos terminais do motor elétrico ( Fig. 2, a, b) ou apenas rearranjando duas placas semelhantes (Fig. 2, c, d).

Arroz. 2. Marcação dos terminais das fases do enrolamento do estator de um motor assíncrono monofásico com rotor esquilo e sua conexão para rotação do rotor: a, c — direita, b, d — esquerda.

Comparação das características técnicas de motores assíncronos monofásicos e trifásicos

Os motores assíncronos monofásicos diferem das máquinas trifásicas semelhantes em potência nominal com um fator de torque inicial reduzido kn = МХ / Mnom e um fator de corrente inicial aumentado ki = Mi / Mnom, que são para motores elétricos monofásicos com uma fase inicial do enrolamento do estator com maior resistência de corrente contínua e menor indutância da fase de trabalho são importantes kn - 1,0 - 1,5 e ki = 5 - 9.

As características de partida dos motores assíncronos monofásicos são piores do que as dos motores assíncronos trifásicos devido ao fato de que um campo magnético rotativo elíptico é excitado na partida de máquinas monofásicas com uma fase inicial do enrolamento do estator equivalente a dois campos magnéticos rotativos circulares não uniformes - diretamente e vice-versa, causa um efeito de frenagem.

Ao selecionar os parâmetros dos elementos dos circuitos elétricos da fase de trabalho e de partida do enrolamento do estator, é possível garantir a excitação de um campo magnético giratório circular na partida, o que é possível com um elemento desfasador feito na forma de um capacitor com uma capacidade adequada.

Como a aceleração do rotor causa uma mudança nos parâmetros dos circuitos da máquina, o campo magnético rotativo muda de circular para elíptico, degradando assim as características de partida do motor. Portanto, a uma velocidade de cerca de 0,8 nominal, a fase de partida do enrolamento do estator do motor elétrico é desligada manual ou automaticamente, fazendo com que o motor mude para operação monofásica.

Motores assíncronos monofásicos com um capacitor de partida têm um múltiplo do torque de partida inicial kp = 1,7 — 2,4 e um múltiplo da corrente de partida inicial ki = 3 — 5.

Motores assíncronos bifásicos

Em motores assíncronos bifásicos, as duas fases do enrolamento do estator com áreas de fase de 90 el. saudações são os trabalhadores. Eles estão localizados nas ranhuras do circuito magnético do estator, de modo que seus eixos magnéticos formem um ângulo de 90 el. saudação. Essas fases do enrolamento do estator diferem entre si não apenas no número de voltas, mas também nas tensões e correntes nominais, embora suas potências totais sejam as mesmas no modo nominal do motor.

Em uma das fases do enrolamento do estator existe um capacitor permanente Cp (Fig. 3, a), que nas condições do modo nominal do motor fornece excitação de um campo magnético giratório circular. A capacidade deste capacitor é determinada pela fórmula:

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

onde I1 e φ1- respectivamente a corrente e a mudança de fase entre a tensão e a corrente do circuito de fase do enrolamento do estator sem capacitor em um campo magnético giratório circular, I e ti - a frequência da corrente alternada e a tensão da fonte rede, respectivamente, n- coeficiente de transformação - a relação entre o número efetivo de voltas das fases do enrolamento do estator, respectivamente com e sem capacitor, determinado pela fórmula

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

onde коб2 e коб1 — coeficientes de enrolamento das fases correspondentes do enrolamento do estator com o número de voltas w2 e w1.

A tensão do terminal do capacitor Uc conectada em série com a fase do enrolamento de um motor de indução bifásico com um campo magnético giratório circular acima da tensão da rede U e é determinada da seguinte forma:

Uc = U √1 + n2

A transição para uma carga do motor diferente da nominal é acompanhada por uma mudança no campo magnético rotativo, que em vez de circular se torna elíptico.Isso piora as propriedades de trabalho do motor e, na partida, reduz a resistência inicial Torque inicial para MP <0,3Mnom, limitando o uso de motores capacitores permanentemente conectados apenas em instalações com condições de partida amenas.

Para aumentar o torque inicial, o capacitor de partida Cn é conectado em paralelo com o capacitor de trabalho Cp (Fig.3, b), cuja capacidade é muito maior que a capacidade do capacitor de trabalho e depende do conjunto do inicial de partida torque, que pode ser aumentado para dois ou mais.

Arroz. 3. Esquemas para ligar motores assíncronos bifásicos com rotor de gaiola de esquilo: a — com um capacitor permanentemente conectado, b — com um capacitor de partida e funcionamento.

Depois que o rotor acelera a uma velocidade de 0,6 a 0,7 do capacitor de partida nominal, ele é desligado para evitar a transição de um campo magnético giratório circular para um elíptico, o que deteriora a operação do motor.

O modo de partida de tais motores capacitores é caracterizado pelos seguintes parâmetros: kn = 1,7 — 2,4 e ki = 4 — 6.

Os motores capacitores se distinguem por melhores características energéticas do que os motores monofásicos com véu inicial no enrolamento do estator, e seu fator de potência, graças ao uso de capacitores, é maior que o dos motores trifásicos da mesma potência.

Motores assíncronos universais

As instalações de controle automático usam motores assíncronos universais - máquinas trifásicas de baixa potência, conectadas a uma rede trifásica ou monofásica. Quando alimentados por uma rede monofásica, as características de partida e operação dos motores são ligeiramente piores do que quando usados ​​no modo trifásico.

Os motores assíncronos universais da série UAD são produzidos com dois e quatro pólos, que no modo trifásico têm uma potência nominal de 1,5 a 70 W e no modo monofásico - de 1 a 55 W e operam a partir de uma fonte alternada rede de tensão com frequência de 50 Hz com eficiência η= 0,09 — 0,65.

Motores assíncronos monofásicos com pólos sombreados ou sombreados

Nos motores de indução monofásicos com pólos divididos ou sombreados, cada pólo é dividido por uma ranhura profunda em duas partes desiguais e carrega um enrolamento monofásico que cobre todo o circuito magnético do pólo e as voltas em curto-circuito localizadas em sua parte menor.

O rotor desses motores possui um enrolamento em curto-circuito. A inclusão do enrolamento do estator em uma tensão senoidal é acompanhada pelo estabelecimento de uma corrente nele e pela excitação de um campo magnético alternado com um eixo de simetria fixo, que induz as fem e correntes correspondentes nos loops em curto-circuito.

Sob a influência de correntes de curto-circuito, os m.d.s correspondentes excitam um campo magnético, o que impede o fortalecimento e enfraquecimento do campo magnético principal em pólos freqüentes blindados. Os campos magnéticos das partes blindadas e não blindadas dos pólos estão fora de fase no tempo e, deslocados no espaço, formam o campo magnético rotativo elíptico resultante movendo-se na direção do eixo magnético da parte não blindada do pólo para o eixo magnético de sua parte blindada.

A interação deste campo com as correntes induzidas no enrolamento do rotor causa o aparecimento do torque inicial Mn = (0,2 — 0,6) Mnom e a aceleração do rotor até a velocidade nominal, caso o torque de frenagem aplicado ao eixo do motor não exceder o torque de partida.

Para aumentar a partida inicial e os torques máximos de motores assíncronos monofásicos com pólos divididos ou sombreados, são colocados shunts magnéticos de chapa de aço entre seus pólos, o que aproxima o campo magnético rotativo de circular.

Os motores de pólo sombreado são dispositivos não reversíveis que permitem partidas frequentes, paradas repentinas e podem ser atrasados ​​por muito tempo. Eles são feitos com potência nominal de dois e quatro polos de 0,5 a 30 W e com um design aprimorado de até 300 W para operação em uma rede de tensão alternada com frequência de 50 Hz com eficiência de ηnom = 0,20 - 0,40.
Leia também: Selsyns: propósito, dispositivo, princípio de ação