Motor assíncrono: dispositivo, princípio de operação, propósito

Um motor assíncrono é simples e confiável e, portanto, é muito utilizado na produção e em eletrodomésticos, desde o acionamento das válvulas até a rotação do tambor na máquina de lavar. Neste artigo, vamos falar em palavras simples sobre o que são os tipos de motores elétricos assíncronos, o que são e como esse tipo de máquina elétrica funciona.

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Os motores assíncronos (IM) são divididos em dois grupos principais:

• com um rotor de gaiola de esquilo (SC);
• com um rotor de fase.

Se omitirmos as nuances, a diferença reside no fato de que um motor de gaiola de esquilo não tem escovas e enrolamentos pronunciados, é menos exigente na manutenção. Já nos motores de indução com rotor de fase, há três enrolamentos conectados a anéis coletores, cuja corrente é removida por escovas. Ao contrário do anterior, é mais adequado para a regulação do torque no eixo e é mais fácil implementar uma partida suave para reduzir as correntes de inrush.

O resto dos motores são classificados:

• pelo número de fases de fornecimento - monofásico e bifásico (usado na vida cotidiana quando alimentado por uma rede 220V), e trifásico (mais difundido na produção e nas oficinas).
• pelo método de fixação - flangeado ou nas pernas.
• por modo de operação - para o modo de longo prazo, curto prazo ou intermitente.

E uma série de outros fatores que influenciam a escolha de um produto específico para uso em um ambiente específico.

Muito pode ser dito sobre motores elétricos monofásicos: alguns deles são iniciados por meio de um capacitor, e alguns requerem uma capacitância de partida e de trabalho. Existem também opções com circuito em curto-circuito, que funcionam sem condensador e são utilizadas, por exemplo, em exaustores. Se você estiver interessado, escreva nos comentários e nós escreveremos um artigo sobre o assunto.

Dispositivo

Por definição, "assíncrono" é um motor CA, no qual o rotor gira mais lentamente que o campo magnético do estator, ou seja, de forma assíncrona. Mas esta definição não é muito informativa. Para entender isso, você precisa entender como esse mecanismo funciona.

Um motor de indução, como qualquer outro, consiste em duas partes principais - rotor e estator. Vamos decifrar "Para manequins" em elétrica:

• Um estator é a parte estacionária de qualquer gerador ou motor elétrico.
• O rotor é a parte giratória do motor, que aciona os mecanismos.

O estator consiste em uma carcaça, cujas extremidades são fechadas por tampas de fechamento, nas quais são instalados rolamentos. Rolamentos lisos ou de rolamento são usados ​​dependendo da finalidade e da potência do motor. Um núcleo está localizado no corpo, um enrolamento é instalado nele. É chamado de enrolamento do estator.

Uma vez que a corrente é alternada, a fim de reduzir as perdas devido a correntes parasitas (Correntes de Foucault) o núcleo do estator é recrutado a partir de placas de aço finas, isoladas umas das outras por escala e fixadas com verniz. Uma tensão de alimentação é aplicada aos enrolamentos do estator, a corrente que flui neles é chamada de corrente do estator.

O número de enrolamentos depende do número de fases de alimentação e do projeto do motor. Portanto, um motor trifásico tem pelo menos três enrolamentos conectados em um padrão estrela ou delta. Seu número pode ser maior, e isso afeta a velocidade de rotação do eixo, mas falaremos sobre isso mais tarde.

Mas com o rotor as coisas são mais interessantes, como já mencionamos, pode estar em curto-circuito ou em fase.

Um rotor de gaiola é um conjunto de hastes metálicas (geralmente de alumínio ou cobre), na figura acima são indicadas pelo número 2, soldadas ou fundidas no núcleo (1) fechadas por anéis (3). Este desenho se assemelha a uma roda em que correm roedores domesticados, razão pela qual é freqüentemente chamada de "gaiola de esquilo" ou "roda de esquilo" e este nome não é jargão, mas bastante literário. Para reduzir os harmônicos mais elevados do EMF e as pulsações do campo magnético, as hastes são colocadas não ao longo do eixo, mas em um certo ângulo em relação ao eixo de rotação.

O rotor de fase difere do anterior por já possuir três enrolamentos, como no estator. O início dos enrolamentos são ligados a anéis, geralmente de cobre, que são pressionados no eixo do motor. Posteriormente, explicaremos brevemente por que eles são necessários.

Em ambos os casos, uma das pontas do eixo é conectada ao mecanismo acionado, é feita de forma cônica ou forma cilíndrica com ou sem ranhuras, para montagem de flange, polia e outro acionamento mecânico detalhes.

Na parte "traseira" do eixo, é fixado um rotor, necessário para o sopro e resfriamento, uma carcaça é colocada sobre o rotor. Dessa forma, o ar frio é direcionado ao longo das bordas do motor de indução, se este rotor por algum motivo não girar, sobreaquecerá.

O projeto do primeiro motor de indução foi desenvolvido por M.O. Dolivo-Dobrovolsky e ele o patenteou em 1889. Ele sobreviveu até os dias de hoje sem quaisquer mudanças significativas.

Princípio da Operação

As máquinas elétricas assíncronas são frequentemente chamadas de máquinas de indução devido ao seu princípio de operação. Qualquer motor elétrico é colocado em rotação como resultado da interação dos campos magnéticos do rotor e do estator, bem como pela força do Ampère. O campo magnético, por sua vez, pode existir em torno de um ímã permanente ou em torno de um condutor através do qual a corrente flui. Mas como exatamente funciona uma máquina assíncrona?

Em um motor de indução, ao contrário de outros, não há enrolamento de excitação como tal, então como ele obtém um campo magnético? A resposta é simples: um motor de indução é um transformador.

Consideremos o princípio de seu funcionamento utilizando o exemplo de uma máquina trifásica, já que são elas que se encontram com mais freqüência que outras.

Na figura abaixo você pode ver a localização dos enrolamentos no núcleo do estator de um motor assíncrono trifásico.

Como resultado do fluxo de corrente trifásica nos enrolamentos do estator, surge um campo magnético giratório. Devido ao deslocamento de fase, a corrente flui por um ou outro enrolamento, de acordo com este, surge um campo magnético, cujos pólos são direcionados de acordo com a regra da mão direita. E de acordo com a mudança de corrente em um determinado enrolamento, os pólos são direcionados na direção correspondente. Que a seguinte animação ilustra:

No caso mais simples (bipolar), os enrolamentos são dispostos de forma que cada um deles seja deslocado 120 graus em relação ao anterior, assim como o ângulo de fase da tensão na rede CA.

A velocidade de rotação do campo magnético do estator é geralmente chamada de síncrona. Saiba mais sobre como ele gira e por que você descobrirá no vídeo a seguir. Observe que em motores elétricos bifásicos (capacitor) e monofásicos, ele não é rotativo, mas elíptico ou pulsante, e os enrolamentos não são 3, mas 2.

Se considerarmos um motor elétrico assíncrono com rotor de gaiola de esquilo, então o campo magnético do estator induz um EMF em suas hastes, desde que estejam fechadas, então uma corrente começa a fluir. Isso também cria um campo magnético.

Como resultado da interação de dois campos e Força Ampereagindo no rotor, ele começa a girar seguindo o campo magnético giratório do estator, mas ao mesmo tempo está sempre ligeiramente atrasado em relação à velocidade de rotação do estator MF, esse atraso é denominado escorregamento.

Se a velocidade de rotação do campo magnético é chamada de síncrona, então a velocidade de rotação do rotor já é assíncrona, daí o seu nome.

Para um AD com um rotor de fase, as coisas são semelhantes, exceto que eles se conectam aos seus anéis reostato, que, após o motor entrar no modo de operação, é removido do circuito e os enrolamentos são fechados Em breve. Isso é mostrado no diagrama abaixo, mas em vez de um reostato, resistores constantes são usados, conectados ou desviados pelos contatores KM3, KM2, KM1.

Esta abordagem permite uma partida suave e reduz as correntes de partida, aumentando a resistência elétrica ativa do rotor.

Vamos resumir:

1. A corrente nos enrolamentos do estator gera um campo magnético.
2. O campo magnético gera uma corrente no rotor.
3. A corrente no rotor cria um campo ao seu redor.
4. Como o campo do estator gira, por causa de seu campo, o rotor começa a girar atrás dele.

Velocidade de deslizamento e rotação

A velocidade do campo magnético do estator (n1) é maior do que a velocidade do rotor (n2). A diferença entre eles é chamada de deslizamento e é denotada pela letra latina S e é calculada pela fórmula:

S = (n1-n2) * 100% / n1

O escorregamento não é uma desvantagem deste motor elétrico, pois se seu eixo girasse na mesma frequência, como o campo magnético do estator (de forma síncrona), nenhuma corrente seria induzida em suas hastes, e ele simplesmente não se tornaria girar.

Agora, sobre um conceito mais importante - a velocidade do rotor de um motor de indução. Depende de 3 quantidades:

• frequência da tensão de alimentação (f);
• número de pares de pólos magnéticos (p);
• deslizamento (S).

O número de pares de pólos magnéticos determina a velocidade de rotação síncrona do campo e depende do número de enrolamentos do estator. O escorregamento depende da carga e do projeto de um determinado motor elétrico e fica na faixa de 3-10%, ou seja, a velocidade assíncrona é um pouco menor que a síncrona. Bem, a frequência da corrente alternada é fixada em nós e é igual a 50 Hz.

Portanto, a frequência de rotação do eixo de um motor assíncrono é difícil de regular, só se pode influenciar a frequência da rede de alimentação, ou seja, configurando um conversor de frequência. É possível diminuir a tensão do estator, mas então a potência no eixo diminui, no entanto, tal técnica usado ao iniciar o IM com a mudança dos enrolamentos de estrela para delta para reduzir o início correntes.

A frequência de rotação do campo do estator (velocidade síncrona) é determinada pela fórmula:

n = 60 * f / p

Portanto, em um motor com um par de pólos magnéticos (dois pólos), a velocidade síncrona é:

60 * 50/1 = 3000 rpm

As opções mais comuns para motores elétricos com:

• um par de pólos (3000 rpm);
• dois (1500 rpm);
• três (1000 rpm);
• quatro (750 rpm).

A velocidade real do rotor será um pouco menor, em um motor assíncrono real está indicado na placa de identificação, por exemplo, aqui - 2730 rpm. Apesar disso, as pessoas vão chamar esse motor assíncrono de acordo com a velocidade síncrona ou simplesmente "três milésimos".

Então, seu deslizamento é igual a:

3000-2730*100%/3000=9%

Âmbito de aplicação

O motor elétrico assíncrono encontrou aplicação em todas as áreas da atividade humana. Aqueles que são alimentados por uma fase (de 220 V) podem ser encontrados em atuadores de baixa potência ou em eletrodomésticos e ferramentas, por exemplo:

• em uma máquina de lavar do tipo "bebê" e outros modelos soviéticos antigos;
• em um misturador de concreto;
• no ventilador;
• no capô;
• e até mesmo em cortadores de grama de alta qualidade.

Em produção em redes trifásicas:

• travas automáticas;
• mecanismos de içamento (guindastes e guinchos);
• ventilação;
• compressores;
• bombas;
• máquinas para trabalhar madeira e metal e muito mais.

Além disso, o AD é usado no transporte elétrico e, recentemente, um motor de indução foi anunciado ativamente na Internet. com um enrolamento do tipo Slavyanka e o chamado motor de roda Duyunov, que você pode aprender no vídeo desenvolvedor.

O campo de aplicação dos motores de indução é tão extenso que a lista por si só será mais longa. do que este artigo, então todo eletricista deve saber como funciona, para que serve e onde se aplica. Vamos resumir e listar os prós e os contras desses dispositivos.

Prós:

1. Construção simples.
2. Baixo custo.
3. Quase sem manutenção.

A principal desvantagem é a complexidade do controle de velocidade, em comparação com os mesmos motores DC ou máquinas coletoras universais. Conseqüentemente, é difícil organizar um início suave de máquinas grandes e, mais frequentemente, isso é feito com a ajuda de um conversor de frequência caro.

É aqui que terminamos a revisão dos motores elétricos assíncronos e suas áreas de aplicação. Esperamos que após a leitura do artigo tenha ficado claro para você o que é e como funciona essa máquina elétrica!

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