Caratteristiche dei motori a induzione monofase

I motori asincroni monofase sono ampiamente utilizzati nella tecnologia e nella vita di tutti i giorni. La produzione di motori elettrici asincroni monofase da una frazione di watt a centinaia di watt è più della metà della produzione di tutte le macchine a bassa potenza e la loro potenza è in costante aumento.

I motori monofase si dividono generalmente in due categorie:

• motori per uso generale « che comprendono motori elettrici industriali e domestici;

• motori di dispositivi automatici: motori CA controllati e non controllati e macchine elettriche specializzate a bassa potenza (tachigeneratori, trasformatori rotanti, selsin, ecc.).

Una parte significativa dei motori elettrici asincroni è costituita da motori generici progettati per funzionare su una rete CA monofase. Tuttavia, esiste un gruppo piuttosto ampio di motori elettrici asincroni universali progettati per funzionare sia in reti monofase che trifase.

Il design dei motori universali praticamente non differisce da progettazione tradizionale di macchine asincrone trifase… Quando funzionano su una rete trifase, questi motori hanno caratteristiche simili a quelle dei motori trifase.

I motori monofase hanno un rotore a gabbia di scoiattolo e l'avvolgimento dello statore può essere realizzato in diverse versioni. Molto spesso, sullo statore vengono posizionati un avvolgimento di lavoro che riempie i due terzi delle fessure e un avvolgimento iniziale che riempie il restante terzo delle fessure. La bobina di marcia viene calcolata per il funzionamento continuo e la bobina di avviamento viene calcolata solo per il periodo di avviamento. Pertanto, è realizzato in filo di piccola sezione e contiene un numero significativo di spire. Per creare la coppia di avviamento, l'avvolgimento di avviamento include elementi di sfasamento: resistori o condensatori.

I motori asincroni di piccola potenza possono essere bifase quando l'avvolgimento di lavoro posto sullo statore ha due fasi mescolate nello spazio di 90°. In una delle fasi, è costantemente incluso un elemento di sfasamento: un condensatore o un resistore Top, che fornisce un certo sfasamento tra le correnti della bobina.

Di solito è chiamato motore con un condensatore permanentemente collegato a una delle fasi condensatore… La capacità del condensatore di sfasamento può essere costante, ma in alcuni casi il valore della capacità può essere diverso per l'avvio e per la modalità di funzionamento.

Una caratteristica dei motori asincroni monofase è la capacità di ruotare il rotore in diverse direzioni. Il senso di rotazione è determinato dalla direzione della coppia iniziale.

A bassa resistenza del rotore (Ccr < 1), quindi, un motore monofase non può funzionare in modalità inversa. La modalità motore corrisponde ai giri del rotore 0 <n <nc ad una velocità maggiore si ha la modalità generatore.

Una caratteristica dei motori monofase è che la sua coppia massima dipende dalla resistenza del rotore. All'aumentare della resistenza attiva del rotore, la coppia massima diminuisce e con grandi valori di resistenza Skr > 1 diventa negativa.

Nella scelta del tipo di motore elettrico per l'azionamento di un dispositivo o meccanismo è necessario conoscerne le caratteristiche, le principali sono le caratteristiche di coppia (coppia iniziale di spunto, coppia massima, coppia minima), frequenza di rotazione, caratteristiche vibroacustiche. In alcuni casi sono richieste anche caratteristiche di energia e peso.

A titolo di esempio, le caratteristiche di un motore monofase sono calcolate con i seguenti parametri:

• numero di fasi — 1;

• frequenza di rete — 50 Hz;

• tensione di rete — 220 V;

• resistenza attiva dell'avvolgimento dello statore — 5 ohm;

• resistenza induttiva dell'avvolgimento dello statore — 9,42 Ohm;

• resistenza induttiva dell'avvolgimento del rotore — 5,6 Ohm;

• lunghezza assiale della macchina — 0,1 m;

• il numero di giri nell'avvolgimento dello statore -320;

• raggio del foro dello statore — 0,0382 m;

• numero di canali — 48;

• traferro — 1,0 x 103 m.

• fattore di induttanza del rotore 1,036.

L'avvolgimento monofase riempie i due terzi delle cave dello statore.

Nella fig. 1 mostra le dipendenze della corrente di un motore elettrico monofase e della coppia di scorrimento elettromagnetica. Nella modalità inattiva ideale, la corrente del motore consumata dalla rete, principalmente per creare un campo magnetico, ha un valore relativamente elevato.

Per un motore simulato, l'entità della corrente di magnetizzazione è circa il 30% della corrente iniziale, per motori trifase con la stessa potenza - 10-15%.Il momento elettromagnetico nella modalità di minimo ideale ha un valore negativo, che aumenta all'aumentare della resistenza del circuito del rotore. A scivolare C= 1, il momento elettromagnetico è zero, il che conferma il corretto funzionamento del modello.

Fico. 1. Gli inviluppi del potenziale vettoriale e dell'induzione magnetica nel traferro del motore durante lo scorrimento s = 1

Riso. 2. Dipendenza della corrente e della coppia elettromagnetica di un motore asincrono monofase dallo scorrimento

Le dipendenze della potenza utile e consumata dallo slittamento (Fig. 3) hanno carattere tradizionale. L'efficienza del motore nella modalità di minimo ideale ha un segno negativo corrispondente alla coppia negativa e il fattore di potenza in questa modalità è molto basso (0,125 per il motore simulato).

Il minor valore del fattore di potenza rispetto ai motori trifase è spiegato dall'elevata ampiezza della corrente di magnetizzazione. All'aumentare del carico, il valore del fattore di potenza aumenta e diventa paragonabile a quello dei motori trifase (Fig. 4).

Riso. 3. Dipendenza della potenza utile e consumata di un motore asincrono monofase dallo scorrimento

Riso. 4. Dipendenza del coefficiente di azione utile e potenza di un motore asincrono monofase sullo scorrimento

All'aumentare della resistenza attiva del rotore, l'entità del momento elettromagnetico diminuisce e, a slittamenti critici sopra l'unità, diventa negativa.

Nella fig. 5 mostra la dipendenza del momento elettromagnetico di un motore a slittamento monofase per diversi valori della conduttività elettrica del mezzo secondario del motore.

Riso. 5.Dipendenza del momento elettromagnetico di un motore di scorrimento monofase a diverse resistenze del rotore (1 - 17 x 106 Cm / m, 2 - 1,7 x 106 Cm / m)

I motori a condensatore hanno due avvolgimenti permanentemente collegati alla rete. Uno di questi è collegato direttamente alla rete, il secondo è collegato in serie con un condensatore che fornisce il necessario sfasamento.

Entrambi gli avvolgimenti occupano lo stesso numero di slot sullo statore e il numero delle loro spire e la capacità del condensatore sono calcolati in modo tale che con un certo scorrimento venga fornito un campo magnetico rotante circolare. Molto spesso, la ricevuta nominale viene accettata come tale. In questo caso, però, la coppia iniziale risulta essere molto inferiore a quella nominale.

Il campo magnetico nella modalità iniziale è ellittico; l'influenza delle componenti contromovimento del campo magnetico è fortemente influenzata.Se la capacità del condensatore viene aumentata selezionandola dalla condizione di ottenere un campo circolare all'avvio, allora c'è una diminuzione della coppia e un diminuzione degli indicatori di energia allo scorrimento nominale.

È possibile anche una terza variante, quando il campo circolare corrisponde a uno scorrimento di entità maggiore rispetto al modo nominale. Ma anche questo percorso non è ottimale, poiché l'aumento della coppia è accompagnato da un aumento significativo delle perdite. Un aumento della coppia di avviamento di un motore a condensatore può essere ottenuto aumentando la resistenza attiva del rotore. Questo metodo porta ad un aumento delle perdite ad ogni slittamento, per cui l'efficienza del motore diminuisce.

Riso. 6.Dipendenza delle correnti del motore del condensatore di scorrimento (Azp.o - corrente della bobina operativa, Azk.o - corrente della bobina del condensatore, E - corrente del motore)

Riso. 7. Dipendenza dalla potenza di scorrimento P1 consumata e utile P2 di un condensatore

Riso. 8. Dipendenza del coefficiente di azione utile e potenza e del momento elettromagnetico del motore a condensatore di scorrimento

Il motore a condensatore ha prestazioni energetiche abbastanza soddisfacenti, un fattore di potenza elevato, il cui valore supera il fattore di potenza di un motore trifase, e con una maggiore resistenza del rotore e una capacità significativa, un'elevata coppia di spunto. Allo stesso tempo, come accennato in precedenza, il motore ha un valore di efficienza ridotto.

Riso. 9. Diagramma vettoriale di un motore a condensatore allo scorrimento s = 0.1

Il diagramma vettoriale (Fig. 9) mostra che al valore selezionato della capacità del condensatore, la corrente della bobina del condensatore è in anticipo rispetto alla tensione di rete e la corrente della bobina di lavoro è in ritardo. Il diagramma mostra anche che quando scorre vicino al valore nominale, il campo magnetico del motore è ellittico. Per ottenere un campo circolare, il valore di capacità del condensatore deve essere ridotto in modo che le correnti nelle due bobine siano uguali in grandezza.

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