Motori asincroni monofase e bifase

Scopo, dispositivo e principio di funzionamento dei motori asincroni monofase

I motori a induzione monofase sono macchine a bassa potenza che assomigliano a motori a gabbia di scoiattolo trifase simili nel design.

I motori asincroni monofase differiscono dai motori trifase nella disposizione dello statore, dove nelle scanalature del circuito magnetico si trova un avvolgimento bifase, costituito dalla fase principale o di lavoro con un'area di fase di 120 el. grandine e conduce ai terminali contrassegnati C1 e C2, e una fase ausiliaria o di partenza con un'area di fase di 60 el. grandine e conduce ai morsetti contrassegnati B1 e B2 (Fig. 1).

Gli assi magnetici di queste fasi di avvolgimento sono sfalsati l'uno rispetto all'altro di un angolo 0 = 90 el. salve. Una fase di lavoro collegata alla rete di tensione alternata non può far ruotare il rotore, in quanto la sua corrente eccita un campo magnetico alternato con asse fisso di simmetria, caratterizzato da un'induzione magnetica armonicamente variabile nel tempo.

Riso. 1. Schema elettrico di un motore a induzione con rotore a gabbia di scoiattolo monofase.

Questo campo può essere rappresentato da due componenti: campi magnetici circolari identici di sequenza diretta e inversa, rotanti con induzioni magnetiche, rotanti in direzioni opposte alla stessa velocità. Tuttavia, quando il rotore viene pre-accelerato nella direzione richiesta, continua a ruotare nella stessa direzione quando viene attivata la fase di lavoro.

Per questo motivo, l'avviamento di un motore monofase inizia accelerando il rotore premendo il pulsante di avviamento, provocando l'eccitazione di correnti in entrambe le fasi dell'avvolgimento statorico, che vengono sfasate di una quantità dipendente dai parametri del dispositivo sfasatore Z, realizzato sotto forma di un resistore, un induttore o un condensatore, ed elementi del circuito elettrico che comprendono le fasi di funzionamento e di avviamento dell'avvolgimento dello statore. Queste correnti provocano un campo magnetico rotante nella macchina con induzione magnetica nel traferro, che varia periodicamente e monotonicamente entro i valori massimo e minimo, e l'estremità del suo vettore descrive un'ellisse.

Esso. Il campo magnetico rotante ellittico rileva l'EMF e le correnti nei fili dell'avvolgimento del rotore in cortocircuito, che, interagendo con questo campo, assicurano l'accelerazione del rotore del motore monofase nella direzione di rotazione del campo, e raggiunge la velocità quasi nominale in pochi secondi.

Il rilascio del pulsante di avvio trasferisce il motore elettrico dalla modalità bifase alla modalità monofase, che è inoltre supportata dalla componente corrispondente del campo magnetico alternato, che durante la sua rotazione è leggermente in anticipo rispetto al rotore rotante a causa dello slittamento.

La disconnessione tempestiva della fase di avviamento dell'avvolgimento dello statore di un motore asincrono monofase dalla rete elettrica è necessaria a causa del suo design, che prevede una modalità di funzionamento a breve termine, solitamente fino a 3 s, che ne esclude la permanenza prolungata sotto carico a causa di surriscaldamento inaccettabile, bruciatura dell'isolamento e danni .

L'aumento dell'affidabilità di funzionamento dei motori asincroni monofase è fornito incorporando nella cassa della macchina un interruttore centrifugo con contatti di interruzione collegati ai terminali contrassegnati con VT e B2 e un relè termico con contatti simili con terminali contrassegnati con PT e C1 (Fig. 2, CD).

L'interruttore centrifugo disinserisce automaticamente la fase di avviamento dell'avvolgimento statorico collegato ai morsetti B1 e B2 quando il rotore raggiunge una velocità prossima a quella nominale, ed il relè termico disconnette entrambe le fasi dell'avvolgimento statorico dalla rete quando il riscaldamento è maggiore del consentito.

L'inversione del senso di rotazione del rotore si ottiene cambiando la direzione della corrente in una delle fasi dell'avvolgimento dello statore all'avvio commutando il pulsante di avviamento e riorganizzando la piastra metallica sui terminali del motore elettrico ( Fig. 2, a, b) o solo riorganizzando due lastre simili (Fig. 2, c, d).

Riso. 2. Marcatura dei terminali delle fasi dell'avvolgimento dello statore di un motore asincrono monofase con rotore scoiattolo e loro connessione per la rotazione del rotore: a, c - destra, b, d - sinistra.

Confronto delle caratteristiche tecniche dei motori asincroni monofase e trifase

I motori asincroni monofase differiscono dalle macchine trifase simili per potenza nominale con un fattore di coppia iniziale ridotto kn = МХ / Mnom e un fattore di corrente iniziale aumentato ki = Mi / Mnom, che sono per motori elettrici monofase con una fase iniziale dell'avvolgimento dello statore con maggiore resistenza alla corrente continua e minore induttanza della fase di lavoro sono importanti kn — 1,0 — 1,5 e ki = 5 — 9.

Le caratteristiche di avviamento dei motori asincroni monofase sono peggiori di quelle dei motori asincroni trifase per il fatto che all'avviamento delle macchine monofase viene eccitato un campo magnetico rotante ellittico con una fase iniziale dell'avvolgimento statorico pari a due campi magnetici rotanti circolari non uniformi — direttamente e viceversa, provocano un effetto frenante.

Selezionando i parametri degli elementi dei circuiti elettrici della fase di lavoro e di avviamento dell'avvolgimento dello statore, è possibile garantire l'eccitazione di un campo magnetico rotante circolare all'avvio, cosa possibile con un elemento sfasatore realizzato sotto forma di un condensatore di adeguata capacità.

Poiché l'accelerazione del rotore provoca una variazione dei parametri dei circuiti della macchina, il campo magnetico rotante passa da circolare a ellittico, degradando così le caratteristiche di avviamento del motore. Pertanto, ad una velocità di circa 0,8 nominale, la fase di avviamento dell'avvolgimento dello statore del motore elettrico viene disattivata manualmente o automaticamente, per cui il motore passa al funzionamento monofase.

I motori asincroni monofase con condensatore di avviamento hanno un multiplo della coppia di avviamento iniziale kp = 1,7 — 2,4 e un multiplo della corrente di avviamento iniziale ki = 3 — 5.

Motori asincroni bifase

Nei motori asincroni bifase, le due fasi dell'avvolgimento statorico con aree di fase di 90 el. i saluti sono i lavoratori. Si trovano nelle scanalature del circuito magnetico dello statore, in modo che i loro assi magnetici formino un angolo di 90 el. salve. Queste fasi dell'avvolgimento dello statore differiscono l'una dall'altra non solo per il numero di spire, ma anche per le tensioni e le correnti nominali, sebbene le loro potenze totali siano le stesse nella modalità nominale del motore.

In una delle fasi dell'avvolgimento dello statore è presente un condensatore permanente Cp (Fig. 3, a), che nelle condizioni della modalità nominale del motore fornisce l'eccitazione di un campo magnetico rotante circolare. La capacità di questo condensatore è determinata dalla formula:

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

dove I1 e φ1- rispettivamente la corrente e lo sfasamento tra la tensione e la corrente del circuito di fase dell'avvolgimento dello statore senza condensatore in un campo magnetico rotante circolare, I e ti - la frequenza della corrente alternata e la tensione dell'alimentazione rete, rispettivamente, n- coefficiente di trasformazione - il rapporto tra il numero effettivo di spire delle fasi dell'avvolgimento dello statore, rispettivamente con e senza condensatore, determinato dalla formula

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

dove коб2 e коб1 — coefficienti di avvolgimento delle fasi corrispondenti dell'avvolgimento dello statore con il numero di giri w2 e w1.

La tensione Uc del terminale del condensatore è collegata in serie con la fase di avvolgimento di un motore asincrono bifase con un campo magnetico rotante circolare al di sopra della tensione di rete U ed è determinata come segue:

Uc = U√1 + n2

Il passaggio ad un carico del motore diverso da quello nominale è accompagnato da una variazione del campo magnetico rotante, che da circolare diventa ellittico.Ciò peggiora le proprietà di lavoro del motore e, all'avvio, riduce l'iniziale Coppia di avviamento a MP <0,3 Mnom, limitando l'uso di motori a condensatore collegati in modo permanente solo in installazioni con condizioni di avviamento blande.

Per aumentare la coppia iniziale, il condensatore di avviamento Cn è collegato in parallelo con il condensatore di lavoro Cp (Fig.3, b), la cui capacità è molto maggiore della capacità del condensatore di lavoro e dipende dall'insieme dell'avviamento iniziale coppia, che può essere aumentata a due o più.

Riso. 3. Schemi per l'accensione di motori asincroni bifase con rotore a gabbia di scoiattolo: a - con un condensatore permanentemente collegato, b - con un condensatore di marcia e di avviamento.

Dopo che il rotore ha accelerato a una velocità di 0,6 - 0,7 del condensatore di avviamento nominale, viene spento per evitare la transizione di un campo magnetico rotante circolare in uno ellittico, che deteriora il funzionamento del motore.

La modalità di avviamento di tali motori a condensatore è caratterizzata dai seguenti parametri: kn = 1,7 — 2,4 e ki = 4 — 6.

I motori a condensatore si distinguono per migliori caratteristiche energetiche rispetto ai motori monofase con velo iniziale sull'avvolgimento statorico, e il loro fattore di potenza, grazie all'utilizzo dei condensatori, è superiore a quello dei motori trifase di pari potenza.

Motori asincroni universali

Le installazioni di controllo automatico utilizzano motori asincroni universali-macchine trifase di bassa potenza, che sono collegate a una rete trifase o monofase. Se alimentati da una rete monofase, le caratteristiche di avviamento e funzionamento dei motori sono leggermente peggiori rispetto a quando vengono utilizzati in modalità trifase.

I motori asincroni universali della serie UAD sono prodotti con due e quattro poli, che in modalità trifase hanno una potenza nominale da 1,5 a 70 W, e in modalità monofase - da 1 a 55 W e funzionano da un'alimentazione alternata rete di tensione con una frequenza di 50 Hz con efficienza η= 0,09 — 0,65.

Motori asincroni monofase a poli schermati o schermati

Nei motori a induzione monofase con poli divisi o schermati, ciascun polo è diviso da una profonda scanalatura in due parti disuguali e porta un avvolgimento monofase che copre l'intero circuito magnetico del polo e spire cortocircuitate situate nella sua parte minore.

Il rotore di questi motori ha un avvolgimento in cortocircuito. L'inclusione dell'avvolgimento dello statore a una tensione sinusoidale è accompagnata dall'instaurazione di una corrente in esso e dall'eccitazione di un campo magnetico alternato con un asse fisso di simmetria, che induce la corrispondente fem e correnti nei circuiti cortocircuitati.

Sotto l'influenza delle correnti di cortocircuito, i corrispondenti m.d.s eccitano un campo magnetico, che impedisce il rafforzamento e l'indebolimento del campo magnetico principale nei poli frequenti schermati. I campi magnetici delle parti schermate e non schermate dei poli sono sfasati nel tempo e, spostati nello spazio, formano il risultante campo magnetico rotante ellittico che si muove nella direzione dall'asse magnetico della parte non schermata del polo all'asse magnetico della sua parte schermata.

L'interazione di questo campo con le correnti indotte nell'avvolgimento del rotore provoca la comparsa della coppia iniziale Mn = (0.2 — 0.6) Mnom e l'accelerazione del rotore alla velocità nominale, se la coppia frenante applicata all'albero motore non dovesse superare la coppia di avviamento.

Per aumentare l'avviamento iniziale e le coppie massime dei motori asincroni monofase con poli divisi o schermati, tra i loro poli vengono posizionati shunt magnetici in lamiera d'acciaio, che avvicinano il campo magnetico rotante a quello circolare.

I motori a poli schermati sono dispositivi non reversibili che consentono avviamenti frequenti, arresti improvvisi e possono essere ritardati per lungo tempo. Sono realizzati con potenza nominale bipolare e quadripolare da 0,5 a 30 W e con un design migliorato fino a 300 W per il funzionamento da una rete a tensione alternata con una frequenza di 50 Hz con un'efficienza di ηnom = 0,20 — 0,40.
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