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Educación profesional superior

Investigación Nacional

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE IRKUTSK

Departamento de Suministro Eléctrico e Ingeniería Eléctrica

Motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla

Informe de laboratorio No. 11

en disciplina " Ingeniería Eléctrica General y electrónica"

Terminado

Estudiante SMO-11-1 ________ Kopytko Ya.V. 20.10.2012

Profesor Asociado, Departamento E y ET ________ Kiryukhin Yu.A. __________

(firma) Apellido I.O. (fecha)

Irkutsk 2012

Objetivo 3

1 Breve información teórica 3

Equipo instalacion electrica 7

2 orden de trabajo 7

3 Cálculo parte 9

4 gráficos 10

Preguntas del examen 14

Referencias 17

Propósito del trabajo

Familiarícese con el diseño y principio de funcionamiento de un motor asíncrono trifásico con rotor de jaula de ardilla e investigue la influencia del voltaje del ventilador del estator en sus características.

1 Breve información teórica

1) Diseño, principio de funcionamiento de un motor asíncrono.

Un motor de inducción es una máquina de corriente alterna. La palabra "asíncrono" significa no simultáneo. Esto significa que en los motores asíncronos la velocidad de rotación del campo magnético difiere de la velocidad de rotación del rotor. Las partes principales de la máquina son el estator y el rotor, separados entre sí por un entrehierro uniforme.

El estator es la parte estacionaria de la máquina. Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, su núcleo está fabricado a partir de láminas estampadas de acero eléctrico de 0,35 a 0,5 mm de espesor, aisladas entre sí por una capa de barniz. El devanado se coloca en las ranuras del circuito magnético del estator. En los motores trifásicos el devanado es trifásico. Las fases del devanado se pueden conectar en estrella o triángulo dependiendo de la magnitud de la tensión de la red.

El rotor es la parte giratoria del motor. El núcleo magnético del rotor es un cilindro fabricado con láminas estampadas de acero eléctrico. Los devanados se colocan en las ranuras del rotor. Dependiendo del tipo de devanado, los rotores de los motores asíncronos se dividen en jaula de ardilla y fase (con anillos colectores). El devanado en cortocircuito consta de varillas de cobre o aluminio sin aislar conectadas en los extremos por anillos del mismo material (“jaula de ardilla”).

El rotor devanado tiene un devanado trifásico en las ranuras del circuito magnético, cuyas fases están conectadas por una estrella. Los extremos libres de las fases del devanado están conectados a tres anillos colectores de cobre montados en el eje del motor. Los anillos colectores están aislados entre sí y del eje. Contra los anillos se presionan escobillas de carbón o cobre-grafito. A través de anillos colectores y escobillas se puede conectar un reóstato de arranque y ajuste trifásico al devanado del rotor.

Conversión energía eléctrica a mecánico en un motor asíncrono se realiza a través de un campo magnético giratorio. Condiciones necesarias Las excitaciones del campo magnético giratorio son:

desplazamiento espacial de los ejes de la bobina del estator;

cambio temporal de corrientes en las bobinas del estator.

El primer requisito se cumple mediante la disposición adecuada de las bobinas magnetizantes en el circuito magnético del estator. Los ejes de fase del devanado están desplazados en el espacio un ángulo de 120°. La segunda condición se garantiza aplicando un sistema de voltaje trifásico a las bobinas del estator.

Cuando el motor está conectado a una red trifásica, se instala un sistema de corrientes de la misma frecuencia y amplitud en el devanado del estator, cuyos cambios periódicos entre sí ocurren con un retraso de 1/3 del período.

Las corrientes de fase del devanado crean un campo magnético que gira con respecto al estator con una frecuencia , rpm, que se denomina velocidad del motor síncrono:

Dónde - frecuencia actual de la red, Hz,

р – número de pares de polos del campo magnético.

A frecuencia de red estándar

, frecuencia de rotación del campo

, rpm

Mientras gira, el campo cruza los conductores del rotor, induciendo una fuerza electromagnética en ellos. Cuando el devanado del rotor está cerrado, la FEM genera corrientes, cuya interacción con el campo magnético giratorio produce un par electromagnético giratorio. La velocidad de rotación del rotor en el modo motor de una máquina asíncrona es siempre menor que la velocidad de rotación del campo, es decir el rotor “se queda atrás” del campo giratorio. Sólo bajo esta condición se induce una fuerza electromagnética en los conductores del rotor, fluye corriente y se crea un par. El fenómeno del rotor rezagado con respecto al campo magnético se llama deslizamiento. El grado de retraso del rotor respecto del campo magnético se caracteriza por la magnitud del deslizamiento relativo:

donde n es la velocidad de rotación del rotor, rpm.

Para motores asíncronos, el deslizamiento puede variar desde 1 (arranque) hasta un valor cercano a 0 (inactivo).

2 ) Arranque de motores asíncronos.

Al arrancar el motor, se deben cumplir los siguientes requisitos:

1. Valor pequeño corriente de arranque;

2. Par de arranque suficiente;

3. Aumento suave de la velocidad;

4. Simplicidad y rentabilidad de la puesta en marcha.

Dependiendo del diseño del rotor (cortocircuito o fase), la potencia del motor y la naturaleza de la carga, son posibles varios métodos de arranque.

Para motores de jaula de ardilla, se utilizan arranque directo y arranque de tensión reducida.

1. Arranque directo. En este caso, el devanado del estator se conecta directamente a la red a plena tensión. El arranque directo solo está permitido para motores asíncronos con rotor de jaula de ardilla de potencia baja y media (hasta 15-20 kW). Sin embargo, si la potencia de la red de suministro es importante, este método se puede extender a motores de mayor potencia (hasta aproximadamente 50 kW).

2. Arranque de bajo voltaje . La corriente de arranque del motor es proporcional al voltaje en las fases del devanado del estator. , por lo que el voltaje disminuye acompañado de una disminución correspondiente en la corriente de arranque. Sin embargo, este método conduce a una disminución en el inicial. par de arranque, que es proporcional al cuadrado del voltaje en las fases del devanado del estator. Debido a la reducción significativa del par de arranque, este método de arranque sólo es aplicable con cargas bajas en el eje.

Hay varias formas de reducir el voltaje. en el momento del inicio:

a) con fácil arranque de motores asíncronos potencia media que funcionan normalmente cuando las fases del devanado del estator están conectadas por un triángulo, apliquen una reducción de voltaje en los terminales de estas fases convirtiéndolas en estrella;

b) con cualquier tipo de conexión de fase del devanado del estator, la tensión se puede reducir mediante un reactor (bobina inductiva trifásica) conectado en serie al devanado del estator. Es menos económico reducir el voltaje en el estator conectando resistencias en serie, porque Al mismo tiempo se calientan mucho y se producen pérdidas adicionales de energía eléctrica;

c) para motores de alta potencia, es aconsejable reducir la tensión mediante un autotransformador trifásico reductor. Este método es mejor que el anterior, pero mucho más caro. Después de que el rotor del motor se acelera y la corriente disminuye, se aplica tensión de red total al devanado del estator.

El arranque de un motor de rotor bobinado se realiza conectando un reóstato de arranque al circuito del rotor. El reóstato de arranque reduce el valor de la corriente de arranque inicial y al mismo tiempo aumenta el par de arranque inicial, que puede alcanzar un valor cercano al par máximo. A medida que el motor acelera, se retira el reóstato de arranque.

3) Regular la velocidad de rotación e invertir el motor asíncrono.

La regulación es un cambio forzado en la velocidad de rotación con una carga constante en el eje. La desventaja de los motores asíncronos es su escasa controlabilidad. Pero todavía existen algunas posibilidades regulatorias.

De la fórmula de deslizamiento podemos obtener una expresión para la velocidad del rotor de un motor asíncrono:

De esta igualdad se deduce que la velocidad de rotación se puede cambiar de las siguientes maneras: cambiando la frecuencia de la corriente del estator , número de pares de polos p y deslizamiento s. La velocidad del rotor se puede ajustar cambiando el voltaje de suministro. . Consideremos estos métodos.

Regulación cambiando la frecuencia de la corriente del estator. . La regulación de frecuencia de los motores asíncronos es la más prometedora debido a la disponibilidad de convertidores de frecuencia de tiristores trifásicos simples y confiables, que se conectan entre la red industrial y el motor asíncrono. Al ajustar la frecuencia la velocidad del motor se puede cambiar suavemente para que su valor máximo sea decenas o cientos de veces mayor que el mínimo.

Regulación cambiando el número de pares de polos p. . Cambiar el número de pares de polos de motores asíncronos de varias velocidades proporciona un control gradual de la velocidad del rotor y es económico. Se utiliza en máquinas con un diseño especial del devanado del estator, que permite conmutar sus bobinas a un número diferente de pares de polos, y también cuando se colocan varios devanados conmutados alternativamente en las ranuras del circuito magnético del estator, realizadas en numero diferente pares de polos, por ejemplo, p = 1 y p = 2.

Regulación cambiando la tensión suministrada. . Una disminución del voltaje provoca una disminución de la velocidad del rotor. Reducir la tensión Es posible incluir reóstatos, autotransformadores o choques ajustables en el circuito del estator. Este método se utiliza sólo para motores de baja potencia, ya que a medida que disminuye el voltaje, disminuye el par máximo del motor, que es proporcional al cuadrado del voltaje. Reducir el par máximo reduce el margen de estabilidad del motor. Además, el rango de control de la velocidad de rotación es relativamente pequeño.

Los métodos de control enumerados anteriormente se utilizan para motores asíncronos con rotor de jaula de ardilla.

Para motores con rotor bobinado, la velocidad de rotación se regula cambiando el deslizamiento. Para ello, se incluye un reóstato de ajuste en el devanado del rotor. A medida que aumenta la resistencia del reóstato de ajuste, aumenta el deslizamiento y disminuye la velocidad de rotación.

Este método proporciona un cambio suave en la velocidad de rotación.

Cambiar la dirección de rotación del rotor se llama invertir. Para invertir, es necesario intercambiar dos cables en los terminales del devanado del estator del motor.

Justo antes de este fin de semana, falló mi motor asíncrono AOL 22-4 con una potencia de 400 (W), instalado en el variador de conmutación de etapas del cambiador de tomas bajo carga. transformador de potencia.

El motivo de su fallo fue un cortocircuito entre espiras del devanado. Esta situación ocurre muy raramente, pero a veces sucede. Las condiciones de funcionamiento se hacen sentir: mayor contenido de polvo de carbón. Quizás ni siquiera se trate de las condiciones de funcionamiento, sino más bien de un cable de mala calidad suministrado para la reparación del motor.

Bueno, como tuve que desmontar un motor eléctrico quemado, decidí al mismo tiempo escribir un artículo sobre un motor asíncrono (IM), su aplicación y estructura.

Uso y finalidad de la presión arterial.

EN últimamente Los motores asíncronos son muy utilizados, tanto en la industria en forma accionamientos eléctricos, molinos de bolas, transportadores, bombas, trituradoras, perforadoras y lijadoras, y en la vida cotidiana. Es simplemente imposible enumerar todas las áreas de aplicación.

¿Por qué son tan utilizados?

Sí, porque tienen una serie de ventajas respecto a otros. maquinas electricas, por ejemplo, tener alta confiabilidad, facilidad de mantenimiento y, no menos importante, pueden funcionar directamente desde una red de tensión alterna.

Dispositivo de un motor asíncrono (IM)

Pasemos ahora al diseño de un motor asíncrono usando el ejemplo de AOL 22-4 con una potencia de 400 (W).

Ya dije un poco más arriba que el motor asíncrono AOL 22-4 está instalado en el variador del dispositivo de conmutación del cambiador de tomas en carga del transformador de potencia (17 pasos). Así es como se ve el disco en sí.

El motor se alimenta desde una red con neutro aislado con una tensión lineal de 220 (V).

Por cierto, este motor fue modificado especialmente para satisfacer nuestras necesidades.

Por lo tanto, en su etiqueta verá una designación, en lugar de 220/380 (V), 220/380 (V) (tachado en la etiqueta 380 y un triángulo), es decir. sus devanados se rebobinan a un voltaje de 127 (V).

Por lo tanto, cuando voltaje de línea Conectamos los devanados del estator de 220 (V) en una estrella. Aunque en principio no cobramos. Después de la reparación, le pedí al maestro del departamento de bobinado que ensamblara la estrella dentro del motor y conectara solo 3 pines al bloque (terminal) en lugar de 6.

motor asíncrono(AD) consta de dos partes separadas entre sí por un espacio de aire. La primera parte es el estator estacionario y la segunda parte es el rotor móvil o giratorio.

Tanto el estator como el rotor constan de un núcleo y un devanado. Pero el devanado del estator es el devanado primario, es decir está conectado a la red y el devanado del rotor es secundario. Puede leer más sobre esto en el artículo sobre el principio de funcionamiento de un motor eléctrico asíncrono.

Estructuralmente se dividen en 2 tipos:

• IM con rotor de jaula de ardilla
• IM con rotor bobinado

Mi motor AOL 22-4 quemado, como habrás adivinado, se refiere específicamente a un motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla.

Motor de inducción de jaula de ardilla

El estator de dicho motor consta de:

• carcasas con marco
• centro
• bobinado trifásico

El cuerpo en sí suele estar hecho de aleación de aluminio o hierro fundido. En mi ejemplo, el AOL 22-4 tiene un cuerpo de aluminio con un marco de aluminio.

El núcleo del estator está laminado, es decir. ensamblado a partir de finas láminas de acero eléctrico recubiertas con barniz aislante. El espesor de estas láminas es de aproximadamente 0,35 a 0,5 (mm). Esto se hizo para reducir las corrientes parásitas que aparecen durante la inversión de la magnetización del núcleo de "hierro" bajo la influencia de un campo magnético giratorio.

CON adentro En el núcleo del estator de un motor asíncrono hay ranuras longitudinales en las que se coloca el devanado.

El devanado puede ser monocapa o multicapa.

La parte del devanado que se ubica en las ranuras se llama devanado de ranura.

Las partes ranuradas de los devanados fuera del núcleo (desde el extremo) están conectadas a las partes frontales de los devanados.

Eso es todo por el estator. Pasemos ahora a cómo está diseñado el rotor. Como dije anteriormente, el rotor es la parte giratoria de un motor asíncrono. Consiste en un eje y un núcleo con un devanado en cortocircuito.

Por cierto, el devanado en cortocircuito de un motor asíncrono también se llama "rueda de ardilla".

El devanado de un rotor de jaula de ardilla consta de una serie de varillas de aluminio o cobre (menos comúnmente), que se encuentran en las ranuras del núcleo del rotor. Estas varillas están cerradas por ambos lados mediante anillos de cortocircuito.

El núcleo del rotor, al igual que el núcleo del estator, tiene un diseño laminado, pero sus láminas de acero eléctrico no están recubiertas con barniz, sino con una fina película de óxido. Esto es suficiente para limitar las pequeñas corrientes parásitas debidas a la rara inversión de la magnetización del núcleo.

En la mayoría de los casos, el devanado en cortocircuito del rotor IM se realiza vertiendo el núcleo ensamblado con aleación de aluminio fundido. En este caso se funden al mismo tiempo tanto los anillos de cortocircuito como las láminas de ventilación.

El eje del rotor de jaula de ardilla gira sobre dos cojinetes (se pueden ver en la figura superior), que se encuentran en placas de cojinete.

Les contaré algunas palabras sobre cómo enfriar un motor asíncrono.

El enfriamiento de motores asíncronos con una potencia de hasta 15 (kW) se produce soplando la superficie exterior del motor mediante un ventilador centrífugo. El ventilador en sí está cubierto con una carcasa protectora con orificios para la entrada de aire.

Foto de otro tipo de motor.

La refrigeración de motores asíncronos con una potencia superior a 15 (kW), además del método descrito anteriormente, se realiza con ventilación interna. En los protectores de cojinetes hay orificios especiales, se llaman "persianas", a través de los cuales pasa el aire, con la ayuda de un ventilador, a través de la cavidad interna del motor. En este caso, el aire penetra en las partes calentadas de los devanados y el núcleo, lo que conduce a un enfriamiento más eficiente.

Además, para aumentar el área de enfriamiento, los motores asíncronos pueden tener una superficie de nervaduras longitudinales.

Para proteger a las personas de la exposición, un motor de inducción debe estar conectado a tierra. Para ello existen pernos (tornillos) especiales para la conexión a tierra. Normalmente hay un perno (tornillo) ubicado en la carcasa del motor.

Y el otro está en el bloque de terminales.

Un IM con rotor de jaula de ardilla tiene un importante inconveniente: un par de arranque limitado debido a las varillas de jaula de ardilla, lo que no se puede decir de un IM con rotor devanado.

El diseño del estator de un motor de inducción de rotor bobinado es similar al diseño del estator de un motor de inducción de jaula de ardilla.

Pero hay una gran diferencia en el diseño del rotor.

El rotor de un motor de este tipo tiene un diseño complicado. A su eje se adjunta un núcleo laminado con un devanado trifásico. Los comienzos de los devanados están conectados por una estrella y sus extremos están conectados por anillos colectores. Estos anillos también están ubicados en el eje del rotor y están aislados del eje y entre sí.

Para hacer contacto con el devanado del rotor giratorio, se proporcionan dos cepillos de grafito metálico en cada anillo. El cepillo está ubicado en un portaescobillas, que está equipado con resortes para proporcionar la fuerza necesaria para presionar el cepillo contra el anillo colector.

De este modo, bobinado trifásico El rotor está conectado a un reóstato de arranque externo, lo que crea una resistencia adicional en el circuito del rotor.

Por qué es necesario esto, lo aprenderá en los siguientes artículos en la sección "

Motor asíncrono trifásico C.A. Se utiliza para transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Es el tipo más común. maquinas electricas utilizado en la industria.

Un motor de este tipo consta de tres partes principales:

• rotor;
• estator;
• vivienda (carcasa);

Marco protege el estator y el rotor de daños mecánicos y sirve para fijar en él las partes móviles y estacionarias de un motor asíncrono (IM).

Estator es la parte estacionaria de un motor asíncrono. Consta de un marco y un circuito magnético. El núcleo magnético se introduce a presión en el bastidor del motor y forma el núcleo electromagnético del estator. El núcleo magnetiza la máquina y crea una rotación. campo magnético. Se ensambla en finas láminas estampadas de chapa de acero eléctrico. Estas láminas se ensamblan y aseguran de manera que se formen dientes y ranuras del estator en el circuito magnético. El núcleo magnético proporciona una baja resistencia magnética al flujo magnético, lo que aumenta el flujo magnético del motor de inducción. El estator y el rotor están separados por un entrehierro.

Rotor Un motor asíncrono es una parte móvil de una máquina eléctrica.

Estator de motor asíncrono

El estator es la parte estacionaria de un motor asíncrono. Esta palabra tiene origen inglés de la palabra estator, que a su vez tiene un origen latino de la palabra sto - stand. El término estator de un motor asíncrono suele significar una combinación de varios componentes:

— Cama con pies o brida y aletas disipadoras de calor longitudinales;

- Centro;

— Devanado del estator;

El núcleo del estator está laminado y se ensambla a partir de placas de estator individuales. Esto se hace para reducir las pérdidas por corrientes parásitas. Las placas del estator están estampadas a partir de láminas de acero eléctrico con un espesor de 0,28 a 1 mm. Están aislados entre sí por escala. Los núcleos de los motores con una altura del eje de rotación de 50-132 mm utilizan acero no aleado laminado en frío de grado 2013. Para un motor con una altura de eje de 160-250 mm, el núcleo se fabrica con acero ligeramente aleado laminado en frío grado 2212. En motores con una altura del eje de rotación de 280 a 355 mm se utiliza acero laminado en caliente grado 1312. El paquete de placas de estator para motores con una altura del eje de rotación de 50 a 60 mm se fija mediante soldadura o mediante grapas, y en motores. con una altura del eje de rotación de 200 a 250 mm, exclusivamente con grapas. En los motores con una altura del eje de rotación de 280-355 mm, las láminas centrales se ensamblan directamente en el bastidor, luego se presionan y se aseguran con llaves de anillo especiales. Así se forma la parte del estator del circuito magnético de un motor asíncrono.

Hoja única de placa de estator y pila de placas de estator de motor de inducción

Rotor de motor asíncrono

El devanado más utilizado tiene forma de “jaula de ardilla”. El sistema recibió este nombre debido a las varillas con anillos cortocircuitados, que en apariencia se asemejan a una rueda de jaulas de ardilla. El devanado del rotor de los motores grandes incluye varillas de latón o cobre, que se introducen en las ranuras, y en los extremos se instalan anillos en cortocircuito, a los que se sueldan o sueldan las varillas. Para los IM de serie de potencia baja y media, el devanado del rotor se fabrica mediante moldeo por inyección de una aleación de aluminio.

El devanado del rotor de un motor asíncrono con rotor devanado 3 está enrollado del mismo modo que el devanado del estator 2. El comienzo del devanado del rotor está conectado y aislado. Los extremos de dicho devanado están soldados a los anillos colectores 4, ubicados en el eje del motor, mediante escobillas de carbón fijas 5; a los anillos colectores se puede conectar un reóstato de regulación de arranque. Este esquema le permite introducir resistencia adicional en el circuito del rotor, regulando así la velocidad del motor y reduciendo drásticamente las corrientes de arranque.