Características dos motores de indução monofásicos

Os motores assíncronos monofásicos são amplamente utilizados na tecnologia e na vida cotidiana. A produção de motores elétricos assíncronos monofásicos de uma fração de watt a centenas de watts é mais da metade da produção de todas as máquinas de baixa potência, e sua potência está aumentando constantemente.

Os motores monofásicos são geralmente divididos em duas categorias:

• motores de uso geral «que incluem motores elétricos industriais e domésticos;

• motores de dispositivos automáticos — motores AC controlados e não controlados e máquinas elétricas especializadas de baixa potência (tacogeradores, transformadores rotativos, selsins, etc.).

Uma proporção significativa de motores elétricos assíncronos são motores de uso geral projetados para operar em uma rede CA monofásica. No entanto, existe um grupo bastante extenso de motores elétricos assíncronos universais projetados para funcionar tanto em redes monofásicas quanto trifásicas.

O design dos motores universais praticamente não difere dos projeto tradicional de máquinas assíncronas trifásicas… Ao operar em uma rede trifásica, esses motores apresentam características semelhantes às dos motores trifásicos.

Os motores monofásicos possuem rotor de gaiola de esquilo, e o enrolamento do estator pode ser fabricado em diferentes versões. Na maioria das vezes, um enrolamento de trabalho preenchendo dois terços dos slots e um enrolamento inicial preenchendo o terço restante dos slots são colocados no estator. A bobina de funcionamento é calculada para operação contínua e a bobina de partida é calculada apenas para o período de partida. Portanto, é feito de fio com uma pequena seção transversal e contém um número significativo de voltas. Para criar o torque de partida, o enrolamento de partida inclui elementos de mudança de fase - resistores ou capacitores.

Motores assíncronos de baixa potência podem ser bifásicos quando o enrolamento de trabalho colocado no estator possui duas fases misturadas no espaço em 90°. Em uma das fases, um elemento de mudança de fase é constantemente incluído - um capacitor ou resistor Top, fornecendo uma certa mudança de fase entre as correntes da bobina.

Geralmente é chamado de motor com um capacitor permanentemente conectado a uma das fases capacitor… A capacitância do capacitor de deslocamento de fase pode ser constante, mas em alguns casos o valor da capacitância pode ser diferente para inicialização e modo de operação.

Uma característica dos motores assíncronos monofásicos é a capacidade de girar o rotor em diferentes direções. O sentido de rotação é determinado pelo sentido do torque inicial.

Em baixa resistência do rotor (Ccr < 1), portanto, um motor monofásico não pode operar no modo reverso. O modo do motor corresponde às rotações do rotor 0 <n <nc a uma velocidade mais alta, o modo do gerador ocorre.

Uma característica dos motores monofásicos é que seu torque máximo depende da resistência do rotor. À medida que a resistência ativa do rotor aumenta, o torque máximo diminui e com grandes valores de resistência Skr > 1 torna-se negativo.

Ao escolher o tipo de motor elétrico para acionar um dispositivo ou mecanismo, é necessário conhecer suas características, sendo as principais as características de torque (torque inicial de partida, torque máximo, torque mínimo), frequência de rotação, características vibroacústicas. Em alguns casos, também são necessárias características de energia e peso.

Como exemplo, as características de um motor monofásico são calculadas com os seguintes parâmetros:

• número de fases — 1;

• frequência da rede — 50 Hz;

• tensão de rede — 220 V;

• resistência ativa do enrolamento do estator — 5 ohms;

• resistência indutiva do enrolamento do estator — 9,42 Ohm;

• resistência indutiva do enrolamento do rotor — 5,6 Ohm;

• comprimento axial da máquina — 0,1 m;

• o número de voltas no enrolamento do estator -320;

• raio do orifício do estator — 0,0382 m;

• número de canais — 48;

• entreferro — 1,0 x 103 m.

• fator de indutância do rotor 1,036.

O enrolamento monofásico preenche dois terços dos slots do estator.

Na fig. 1 mostra as dependências da corrente de um motor elétrico monofásico e o torque de escorregamento eletromagnético. No modo ocioso ideal, a corrente do motor consumida pela rede, principalmente para criar um campo magnético, tem um valor relativamente grande.

Para um motor simulado, a magnitude da corrente de magnetização é de cerca de 30% da corrente inicial, para motores trifásicos com a mesma potência - 10-15%.O momento eletromagnético no modo de marcha lenta ideal tem um valor negativo, que aumenta à medida que a resistência do circuito do rotor aumenta. No Deslizamento C= 1, o momento eletromagnético é zero, o que confirma o correto funcionamento do modelo.

Figo. 1. Os envelopes de potencial vetorial e indução magnética na folga do motor durante o deslizamento s = 1

Arroz. 2. Dependência da corrente e do torque eletromagnético de um motor assíncrono monofásico no escorregamento

As dependências da potência útil e consumida no deslizamento (Fig. 3) têm um caráter tradicional. A eficiência do motor no modo ideal de marcha lenta tem sinal negativo correspondente ao torque negativo, e o fator de potência neste modo é muito baixo (0,125 para o motor simulado).

O menor valor do fator de potência em relação aos motores trifásicos é explicado pela alta magnitude da corrente de magnetização. À medida que a carga aumenta, o valor do fator de potência aumenta e se torna comparável ao dos motores trifásicos (Fig. 4).

Arroz. 3. Dependência da potência útil e consumida de um motor assíncrono monofásico no escorregamento

Arroz. 4. Dependência do coeficiente de ação útil e potência de um motor assíncrono monofásico no escorregamento

À medida que a resistência ativa do rotor aumenta, a magnitude do momento eletromagnético diminui e, em escorregamentos críticos acima da unidade, torna-se negativa.

Na fig. 5 mostra a dependência do momento eletromagnético de um motor de deslizamento monofásico para diferentes valores da condutividade elétrica do meio secundário do motor.

Arroz. 5.Dependência do momento eletromagnético de um motor de deslizamento monofásico em diferentes resistências do rotor (1 — 17 x 106 cm/m, 2 — 1,7 x 106 cm/m)

Os motores capacitores possuem dois enrolamentos permanentemente conectados à rede. Um deles é conectado diretamente à rede, o segundo é conectado em série com um capacitor que fornece o deslocamento de fase necessário.

Ambos os enrolamentos ocupam o mesmo número de slots no estator, e o número de suas voltas e a capacitância do capacitor são calculados de forma que, com algum escorregamento, seja fornecido um campo magnético giratório circular. Na maioria das vezes, o deslizamento nominal é aceito como tal. Nesse caso, porém, o torque inicial acaba sendo bem menor que o nominal.

O campo magnético no modo inicial é elíptico; a influência dos componentes de movimento contrário do campo magnético é muito afetada. Se a capacitância do capacitor for aumentada selecionando-a na condição de obtenção de um campo circular na inicialização, haverá uma diminuição no torque e um diminuição dos indicadores de energia no escorregamento nominal.

Uma terceira variante também é possível, quando o campo circular corresponde a um escorregamento de magnitude maior que no modo nominal. Mas esse caminho também não é o ideal, pois o aumento do torque é acompanhado por um aumento significativo das perdas. Um aumento no torque de partida de um motor capacitor pode ser alcançado aumentando a resistência ativa do rotor. Este método leva a um aumento das perdas a cada escorregamento, com o que a eficiência do motor diminui.

Arroz. 6.Dependência das correntes do motor do capacitor de escorregamento (Azp.o — corrente da bobina de operação, Azk.o — corrente da bobina do capacitor, E — corrente do motor)

Arroz. 7. Dependência da potência de escorregamento P1 consumida e P2 útil de um capacitor

Arroz. 8. Dependência do coeficiente de ação útil e potência e do momento eletromagnético do motor do capacitor de deslizamento

O motor capacitor possui desempenho energético bastante satisfatório, alto fator de potência, cujo valor supera o fator de potência de um motor trifásico, e com maior resistência do rotor e capacidade significativa, alto torque de partida. Ao mesmo tempo, como mencionado acima, o motor tem um valor de eficiência reduzido.

Arroz. 9. Diagrama vetorial de um motor capacitor com escorregamento s = 0,1

O diagrama vetorial (Fig. 9) mostra que, no valor selecionado da capacitância do capacitor, a corrente da bobina do capacitor está adiantada em relação à tensão da rede e a corrente da bobina de trabalho está atrasada. O diagrama também mostra que ao deslizar próximo ao nominal, o campo magnético do motor é elíptico. Para obter um campo circular, o valor da capacitância do capacitor deve ser reduzido para que as correntes nas duas bobinas sejam iguais em magnitude.

Veja também neste tópico:Motores capacitores monofásicos de várias velocidades