motor asíncrono es un dispositivo asíncrono diseñado para convertir de pérdidas mínimas energía eléctrica C.A. en la energía mecánica necesaria para poner en marcha los dispositivos que funcionan en este motor. Para tener una comprensión más clara del principio de funcionamiento de los motores asíncronos, es necesario familiarizarse con el diseño de este dispositivo, así como descubrir qué tipos de estas máquinas existen en la actualidad.
Historia de la invención
El principio del magnetismo rotacional fue descubierto en 1824 por el físico francés D. F. Aragón. Como resultado de sus experimentos, el científico descubrió que era posible poner en movimiento un disco de cobre montado sobre un eje vertical actuando sobre él con un imán permanente. El físico inglés William Bailey continuó trabajando en las obras de Aragón en 1879. En sus experimentos influyó en un disco de cobre con cuatro electroimanes conectados a una fuente. corriente continua. Sin embargo, una formulación completa de este fenómeno la dieron en 1888 el físico italiano Ferraris y Nikola Tesla, que trabajaron de forma independiente.
En 1888, Tesla presentó al mundo su primer prototipo de motor asíncrono. Sin embargo amplia aplicación no lo consiguió debido a la baja indicadores técnicos en el momento en que arranca el motor. diseño moderno El transformador rotativo, tal como lo conocemos hoy, fue desarrollado por el ingeniero francés P. Bouchereau, quien desarrolló un análogo del motor asíncrono moderno.
Dispositivo de motor asíncrono
Cualquier motor eléctrico, independientemente de su potencia y dimensiones, consta de los siguientes elementos:
- estator;
- Rotor;
- Bobinas de estator y rotor;
- Núcleo magnético.
El rotor es una unidad motora móvil responsable de convertir una energía en otra haciendo girar el rotor alrededor de su 
ejes. Motores que funcionan con corriente alterna y reciben energía mediante campo magnético y la inducción se llaman asincrónicos. Están diseñados según el principio del devanado secundario de un transformador, razón por la cual su segundo nombre es transformadores giratorios. Los más extendidos son los motores asíncronos con conmutación trifásica.
El diseño de motores asíncronos se basa en la regla de la mano izquierda del gimlet, que demuestra la interacción del campo magnético y el conductor, y también establece la dirección de rotación del motor eléctrico.
La segunda ley inherente al diseño y operación de transformadores giratorios es la ley inducción electromagnética Faraday, que dice:
- En el devanado del dispositivo se induce fuerza electromotriz, o EMF para abreviar, pero el flujo electromagnético cambia constantemente con el tiempo;
- La fuerza electromotriz cambia según la variación temporal del flujo electromagnético.
- CEM y corriente eléctrica tienen la dirección opuesta del movimiento.
Principio de funcionamiento de un motor asíncrono.
El principio de funcionamiento y deslizamiento de las máquinas asíncronas de CA es sumamente sencillo. En el devanado eléctrico del estator, cuando se le aplica voltaje, se crea un campo magnético. Cuando se aplica voltaje CA, el flujo magnético generado por el estator cambia. Así, el campo magnético del estator cambia y los flujos magnéticos ingresan al rotor, lo que lo impulsa y lo hace girar. Sin embargo, para asegurar trabajo asincrónico estator y rotor, es necesario que el flujo magnético y el voltaje del estator sean iguales en magnitud a la corriente alterna. Esto garantizará que pueda funcionar exclusivamente desde una fuente de CA.
Si un motor asíncrono funciona como generador, producirá corriente continua. En este caso, la rotación del rotor 
se proporcionará debido al impacto fuentes externas, por ejemplo, una turbina. Si el llamado magnetismo residual está presente en el diseño del rotor, entonces tendrá ciertas propiedades magnéticas inherentes a un imán. En este caso, se generará un flujo alterno en el devanado del estator estacionario. Por lo tanto, el voltaje inducido fluirá hacia los devanados de las bobinas del estator según el principio de inducción magnética.
El ámbito de aplicación de los generadores de inducción es bastante amplio. Se utilizan para proporcionar una fuente de respaldo. suministro electrico pequeños comercios y casas particulares. Estos son uno de los tipos de radiadores más baratos y fáciles de instalar y operar. EN últimos años Los generadores de inducción se utilizan cada vez más en muchos países del mundo donde existe un problema asociado con caídas constantes de voltaje en red electrica. Durante el funcionamiento del generador, el rotor es accionado por un motor diésel de baja potencia conectado a un generador asíncrono.
Principio de rotación del rotor
El principio de funcionamiento del rotor se basa en la ley electromagnética de Faraday. Gira debido a la influencia de la fuerza electromotriz resultante de la interacción de los flujos magnéticos y el devanado del rotor. En realidad, se ve así: entre el estator, el rotor y sus devanados hay un espacio determinado a través del cual pasa un flujo magnético giratorio. Como resultado, surge tensión en los conductores del rotor, lo que es la causa de la formación de campos electromagnéticos.
Los motores con conductores de rotor de circuito cerrado funcionan de forma ligeramente diferente. Estos tipos de motores utilizan rotores de jaula de ardilla, en los que la dirección de la corriente y la fuerza electromotriz están determinadas por la regla de Lenz, según la cual la fem se opone a la generación de corriente. El rotor gira debido al flujo magnético que se mueve entre él y un conductor estacionario.
Así, para reducir la velocidad relativa, el rotor comienza a girar sincrónicamente con el flujo magnético en el devanado del estator, tendiendo a girar al unísono. En este caso, la frecuencia de la fuerza electromotriz del rotor es igual a la frecuencia de alimentación del estator.
Peine motores asíncronos
Al enviar bajo voltaje suministro al rotor de jaula de ardilla, sus devanados no se excitan. Esto sucede porque 
que el rotor y el estator tienen el mismo número de dientes, por lo que la fijación magnética entre ellos es igual, lo que hace que se neutralicen mutuamente. En física, este fenómeno se llama bloqueo de dientes o bloqueo magnético. Para resolver este problema, basta con aumentar el número de dientes en el estator o rotor.
El principio de conectar motores asíncronos.
El funcionamiento de un motor asíncrono se puede detener en cualquier momento. Para hacer esto, todo lo que necesita hacer es intercambiar dos terminales del estator. Esto puede ser necesario si varios tipos situaciones de emergencia. Posteriormente se produce un frenado antifase, resultante de un cambio en la dirección del flujo giratorio, que detiene el suministro de energía al rotor.
Para evitar esta situación, los motores asíncronos monofásicos utilizan dispositivos condensadores especiales conectados a bobinado inicial motor. Sin embargo, antes de utilizar estos dispositivos, es necesario calcular los parámetros óptimos de funcionamiento. Debe tenerse en cuenta que la potencia de los condensadores utilizados en monofásicos o bifásicos. maquinas electricas La corriente alterna debe ser igual a la potencia del propio motor.
Principio de acoplamiento
En vista de especificaciones técnicas Transformadores rotativos de CA utilizados en la fabricación. equipos industriales, y su principio de funcionamiento, se puede encontrar una analogía con el principio de funcionamiento de un embrague mecánico giratorio. El valor de par en el eje motor debe corresponder al valor en el eje conducido. Además, es muy importante entender que estos dos puntos son idénticos entre sí. Porque el transductor lineal es accionado por las espinas entre los discos ubicados dentro del acoplamiento.
Embrague electromagnético
Se implementa una tecnología similar en el motor de tracción, que utiliza rotores de fase. El sistema de estos motores consta de un bastidor y 4 polos principales y 4 adicionales. Los polos principales son bobinas de cobre que comienzan a girar debido a transmisión de engranajes impulsado por un núcleo también llamado armadura de eje. La alimentación de la red se produce gracias a cuatro cables flexibles. El principal campo de aplicación de los motores multipolares es la ingeniería pesada. ellos estan actuando fuerza motriz para maquinaria agrícola de gran tamaño, transporte ferroviario y máquinas herramienta para algunos tipos de industria.
Pros y contras de los motores asíncronos.
Los transformadores rotativos han ganado gran popularidad debido a su versatilidad, lo que permite su uso en muchas industrias. Sin embargo, estos mecanismos, como cualquier otro dispositivo, tienen sus ventajas y desventajas. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de ellos.
Ventajas de los transformadores rotativos de CA:
- Diseño de motor sencillo;
- Costo barato de los dispositivos;
- Características de alto rendimiento;
- Control de diseño sencillo;
- Capacidad para trabajar en condiciones difíciles.
El alto rendimiento de los motores de inducción de CA se logra gracias a su alta potencia, cuyas pérdidas se minimizan debido a la ausencia de fricción durante su funcionamiento.
Las desventajas de los transformadores rotativos incluyen:
- Pérdida de potencia al cambiar de velocidad.
- Par reducido a medida que aumenta la carga.
- Baja potencia al inicio.
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La parte estacionaria de la máquina, el estator, tiene un núcleo en forma de cilindro completo. En surcos con adentro Este núcleo contiene un devanado trifásico. Este devanado está energizado red trifásica, y las corrientes que surgen en él excitan las máquinas.
La parte móvil, el rotor, tiene un núcleo cilíndrico. Está montado en el eje de la máquina. Las ranuras en la superficie del núcleo albergan el devanado del rotor, que en la mayoría de los casos está en cortocircuito. Si lo retiras mentalmente del núcleo, parecerá una jaula cilíndrica de varillas de cobre o aluminio cerradas en los extremos por dos anillos del mismo material. Este devanado se llama "rueda de ardilla". Las varillas de enrollado se introducen sin aislamiento en las ranuras del rotor. A menudo, un devanado de rotor en cortocircuito se fabrica vertiendo aluminio fundido en las ranuras del núcleo. Además, los anillos de cierre también están fundidos.
El devanado del estator del motor eléctrico se realiza. alambre aislado y encaja en las ranuras del estator. Cada una de las bobinas está distribuida en varias ranuras. Si el devanado consta de tres bobinas, entonces el sistema trifásico de corrientes que fluye a su alrededor excita la rotación bipolar descrita anteriormente. Durante un período de corriente alterna, dicho campo realiza una revolución. Por lo tanto, a una frecuencia industrial estándar de 50 Hz, es decir, 50 ciclos por segundo, un campo bipolar produce 50 x 60 = 3000 rpm. La velocidad del rotor suele ser sólo un pequeño porcentaje menor que la velocidad del campo.
Para obtener un motor con una velocidad de campo más baja, es necesario aumentar el número de polos del campo magnético giratorio utilizando un devanado multipolar. Cada tres bobinas del devanado del estator corresponden a un par de polos del campo giratorio. Por lo tanto, si el devanado del estator trifásico consta de bobinas K. entonces el número de pares de polos del campo giratorio excitado por este devanado será: P=K:Z.
El sentido de rotación del rotor de un motor asíncrono está determinado por el sentido de rotación de su campo magnético.
Y el sentido de rotación del campo está determinado por la secuencia de fases A, B, C de una red trifásica. Para cambiar el sentido de rotación del motor, basta con cambiar la conexión del devanado del estator a la red de modo que el terminal del estator, originalmente conectado a la fase A de la red, quede conectado a la fase B de la red. En consecuencia, el terminal del estator conectado a la fase B de la red debe estar conectado a la fase A de la red. La conexión de la tercera abrazadera del estator a la red permanece sin cambios.
Mientras el rotor está estacionario, las condiciones en un motor asíncrono son similares a las de un transformador: el devanado primario del transformador corresponde al devanado del estator y el devanado secundario corresponde al devanado del rotor. El voltaje en los terminales de cada devanado de fase del estator está equilibrado por la EMF inducida en este devanado por el campo magnético giratorio. La corriente en el devanado del rotor es inducida por un campo magnético giratorio.
Según el principio de Lenz, esta corriente inducida tiende a debilitar el campo magnético que la induce. Pero el debilitamiento del campo magnético reduce la FEM inducida por este campo en el devanado del estator. En consecuencia, se altera el equilibrio eléctrico en los terminales del estator. Esto crea un exceso de voltaje desequilibrado. Esto provoca un aumento de corriente en el devanado del estator. La corriente del estator fortalece el campo magnético hasta aproximadamente su valor anterior y se restablece el equilibrio eléctrico en los terminales del estator.
La relación entre las corrientes del estator y del rotor en un motor asíncrono es similar a la relación entre las corrientes primaria y corrientes secundarias en el transformador. La corriente del estator no es magnetizante y la corriente del rotor se está desmagnetizando. Cualquier cambio en la corriente del rotor provoca un cambio proporcional en la corriente del estator.
Cuando se arranca el motor, un campo magnético giratorio cruza el devanado del rotor con alta velocidad (velocidad angular W:P) e induce un campo electromagnético significativo en él. Este EMF crea una gran corriente de arranque en el rotor de jaula de ardilla. Por consiguiente, también en el devanado del estator se produce una importante corriente de arranque. Es aproximadamente siete veces mayor que la corriente de funcionamiento del motor. El impulso de corriente de arranque es típico de un motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla.
A medida que aumenta la velocidad del rotor. la EMF inducida en él disminuye y, junto con ella, disminuyen las corrientes del rotor y del estator.
Al final del arranque de un motor sin carga, la corriente del rotor debe ser tal que el par desarrollado por el motor cubra todas sus pérdidas mecánicas por fricción de los cojinetes contra el aire, etc.
El campo giratorio cruzará el rotor a una velocidad relativamente alta e inducirá una gran fem en el rotor. Un aumento de la EMF provocará un aumento de la corriente en el rotor. En proporción a la intensidad de la corriente, el par aumentará y equilibrará el par de frenado de la carga en el eje del motor. Al mismo tiempo, un aumento en la corriente del rotor provocará un aumento correspondiente en la corriente del estator, como resultado de lo cual. También aumentará el consumo de energía del motor de la red. Por lo tanto, al aumentar la carga en el eje del motor, aumentan el deslizamiento, la corriente del estator y el consumo de energía del motor desde la red.
Motores eléctricos asíncronos(AD) son ampliamente utilizados en la economía nacional. Según diversas fuentes, hasta el 70% de toda la energía eléctrica convertida en energía mecánica de movimiento de rotación o traslación es consumida por un motor asíncrono. La energía eléctrica se convierte en energía mecánica de movimiento de traslación mediante motores eléctricos asíncronos lineales, muy utilizados en tracción eléctrica, para realizar operaciones tecnológicas. El uso generalizado de AD se asocia con varias de sus ventajas. motores asíncronos- Estos son los más simples en diseño y fabricación, confiables y más baratos de todo tipo de motores eléctricos. No disponen de grupo recogedor de escobillas ni de grupo recogecorriente deslizante, que además de alta confiabilidad asegura costos operativos mínimos. Dependiendo del número de fases de alimentación se distinguen motores asíncronos trifásicos y monofásicos. en ciertas condiciones puede realizar con éxito sus funciones incluso cuando está alimentado por red monofásica . Los IM se utilizan ampliamente no sólo en la industria, la construcción, agricultura , pero también en el sector privado, en la vida cotidiana, en los talleres domésticos, en. parcelas de jardín Motores asíncronos monofásicos puesto en rotación lavadoras , ventiladores, pequeñas máquinas para trabajar la madera, herramientas electricas , bombas para suministro de agua. Más a menudo para reparar o crear mecanismos y dispositivos. o de diseño propio, se utiliza presión arterial trifásica. Además, el diseñador puede tener a su disposición una red tanto trifásica como monofásica. Surgen problemas al calcular la potencia y elegir un motor para un caso particular, elegir el circuito de control más racional para un motor asíncrono, calcular los condensadores que aseguran el funcionamiento de un motor asíncrono trifásico en modo monofásico, elegir la sección transversal y tipo de cables, dispositivos de control y protección. Este libro está dedicado a estos problemas prácticos. El libro también proporciona una descripción del diseño y principio de funcionamiento de un motor asíncrono, las relaciones básicas de diseño para motores trifásicos y modos monofásicos.
Diseño y principio de funcionamiento de motores eléctricos asíncronos.
1. Diseño de motores asíncronos trifásicos.
Motor asíncrono trifásico(IM) de diseño tradicional, que proporciona movimiento de rotación, es coche electrico, que consta de dos partes principales: un estator estacionario y un rotor que gira sobre el eje del motor. El estator del motor consta de un bastidor en el que se presiona el llamado núcleo del estator electromagnético, que incluye un núcleo magnético y un devanado del estator distribuido trifásico. El propósito del núcleo es magnetizar una máquina o crear un campo magnético giratorio. El circuito magnético del estator consta de láminas delgadas (de 0,28 a 1 mm) aisladas entre sí, estampadas de acero eléctrico especial. En las láminas se distingue una zona dentada y un yugo (Fig. 1.a). Las láminas se ensamblan y sujetan de tal manera que se formen dientes y ranuras del estator en el circuito magnético (Fig. 1.b). El núcleo magnético representa una baja resistencia magnética al flujo magnético creado por el devanado del estator y, debido al fenómeno de magnetización, este flujo aumenta.
Arroz. 1
En las ranuras del núcleo magnético se coloca un devanado de estator trifásico distribuido. En el caso más sencillo, el devanado consta de bobinas trifásicas, cuyos ejes están desplazados en el espacio 120° entre sí. Las bobinas de fase se conectan entre sí según circuitos en estrella o triángulo (Fig. 2).
Figura 2.
Información más detallada sobre diagramas de conexión y simbolos Los inicios y finales de los devanados se presentan a continuación. El rotor del motor consta de un circuito magnético, también formado por chapas de acero estampadas, en el que se practican ranuras, en las que se sitúa el devanado del rotor. Hay dos tipos de devanados del rotor: fase y cortocircuito. El devanado de fase es similar al devanado del estator conectado en estrella. Los extremos del devanado del rotor están conectados entre sí y aislados, y los extremos están conectados a anillos colectores ubicados en el eje del motor. Los cepillos fijos se colocan sobre anillos colectores, aislados entre sí y del eje del motor y que giran con el rotor, a los que se conectan circuitos externos. Esto permite, cambiando la resistencia del rotor, regular la velocidad de rotación del motor y limitar corrientes de arranque. La mayoría de las aplicaciones recibió un devanado en cortocircuito del tipo "jaula 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 de cortocircuito, a los que se sueldan o sueldan las varillas. Para presión arterial seriada baja y potencia media El devanado del rotor se fabrica mediante moldeo por inyección de aleación de aluminio. En este caso, las varillas 2 y los anillos de cortocircuito 4 con alas de ventilador se funden simultáneamente en el paquete del rotor 1 para mejorar las condiciones de enfriamiento del motor, luego el paquete se presiona sobre el eje 3 (Fig. 3). La sección tomada en esta figura muestra los perfiles de las ranuras, dientes y varillas del rotor.
Arroz. 3.
Vista general La serie de motores asíncronos 4A se muestra en la Fig. 4. El rotor 5 se presiona sobre el eje 2 y se monta sobre cojinetes 1 y 11 en el orificio del estator en protectores de cojinetes 3 y 9, que están sujetos a los extremos del estator 6 en ambos lados. Se fija una carga al extremo libre del eje 2. En el otro extremo del eje está montado un ventilador 10 (un motor ventilado cerrado), que está cerrado por una tapa 12. El ventilador proporciona una eliminación de calor más intensiva del motor para lograr la capacidad de carga adecuada. Para una mejor transferencia de calor, el marco está moldeado con nervaduras 13 en casi toda la superficie del marco. El estator y el rotor están separados por un entrehierro que, en máquinas de baja potencia, oscila entre 0,2 y 0,5 mm. Para fijar el motor a la base, bastidor o directamente al mecanismo accionado, el bastidor está provisto de patas 14 con orificios para su fijación. También se encuentran disponibles motores con bridas. Para tales máquinas, uno de los protectores de cojinetes (generalmente en el lado del eje) tiene una brida que permite conectar el motor al mecanismo de trabajo.
Arroz. 4.
Los motores también están disponibles con ambos pies y con brida. Las dimensiones de instalación de los motores (la distancia entre los orificios de las patas o bridas), así como su altura del eje de rotación, están estandarizadas. La altura del eje de rotación es la distancia desde el plano en el que se encuentra el motor hasta el eje de rotación del eje del rotor. Alturas de los ejes de rotación de motores de baja potencia: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 mm.
2. Principio de funcionamiento de motores asíncronos trifásicos.
Se señaló anteriormente que el devanado del estator trifásico sirve para magnetizar la máquina o crear el llamado campo magnético giratorio del motor. El principio de funcionamiento de un motor asíncrono se basa en la ley de la inducción electromagnética. El campo magnético giratorio del estator atraviesa los conductores del devanado del rotor en cortocircuito, provocando que se induzca una fuerza electromotriz en este último, provocando que fluya corriente alterna en el devanado del rotor. La corriente del rotor crea su propio campo magnético, su interacción con el campo magnético giratorio del estator provoca la rotación del rotor siguiendo los campos. La idea de operar un motor asíncrono se ilustra más claramente mediante un experimento simple, que fue demostrado por el académico francés Arago allá por el siglo XVIII (Fig. 5). Si se hace girar un imán de herradura a velocidad constante cerca de un disco de metal ubicado libremente sobre un eje, entonces el disco comenzará a girar detrás del imán a una cierta velocidad menor que la velocidad de rotación del imán.
Arroz. 5. La experiencia de Arago, explicando
Este fenómeno se explica basándose en la ley de la inducción electromagnética. Cuando los polos del imán se mueven cerca de la superficie del disco, se induce una fuerza electromotriz en los circuitos debajo del polo y aparecen corrientes que crean un campo magnético del disco. El lector que tenga dificultades para imaginar circuitos conductores en un disco sólido puede imaginar el disco como una rueda con muchos radios conductores conectados por una llanta y un cubo. Dos radios, así como los segmentos de llanta y casquillo que los unen, representan un contorno elemental. El campo del disco está vinculado al campo de los polos del disco giratorio. imán permanente, y el disco es arrastrado por su propio campo magnético. Evidentemente, la mayor fuerza electromotriz se inducirá en los contornos del disco cuando el disco esté estacionario y, por el contrario, la menor cuando esté cerca de la velocidad de rotación del disco. Volviéndose real motor asíncrono Tenga en cuenta que el devanado del rotor en cortocircuito se puede comparar con un disco y el devanado del estator con un núcleo magnético se puede comparar con un imán giratorio. Sin embargo, la rotación del campo magnético en un estator estacionario a se realiza gracias a un sistema trifásico de corrientes que fluyen en un devanado trifásico con un desfase espacial.
Un motor asíncrono es un dispositivo diseñado para convertir energía eléctrica en energía mecánica. Se llama asíncrono porque los procesos en su interior no ocurren simultáneamente: la velocidad de rotación del rotor está constantemente por delante de la frecuencia de rotación del campo magnético generado por el estator. Consideremos con más detalle el principio de funcionamiento y el diseño de la máquina, así como sus diferencias con su contraparte síncrona.
El funcionamiento de un motor de CA se basa en la propiedad de un campo magnético de interactuar con otros campos. Entonces, si el primer campo está contenido dentro del segundo, girando alrededor de su eje, entonces también comenzará a girar. Este fenómeno está probado experimentalmente.
El imán en forma de arco está montado de manera que se pueda mover mediante un asa. Se coloca un cilindro de cobre entre los polos norte y sur. Puede girar.
Si gira el mango, el imán comenzará a girar alrededor de su eje. Por tanto, el flujo magnético que pasa a través del cilindro cambiará. Y esta es la condición principal para la formación de corrientes parásitas dentro del propio cilindro. Y la corriente eléctrica siempre crea un campo magnético a su alrededor. Los campos del imán y del cilindro comienzan a interactuar entre sí, como resultado de lo cual este cilindro gira en la misma dirección que el imán de herradura.
Dado que la rotación del cilindro es el resultado de la influencia de un campo magnético giratorio, se retrasará en cierta medida, lo que se denomina deslizamiento. Se calcula mediante la fórmula (expresada en porcentaje):
Donde s es el deslizamiento, n es la velocidad de rotación del imán permanente (llamado síncrono), n 0 es el cilindro de cobre (llamado asíncrono). Es la diferencia en estas velocidades. condición necesaria para el funcionamiento del motor eléctrico.
Diseño
El experimento realizado demostró la rotación del cilindro debido a la rotación de un imán permanente. Por lo tanto, el diseño aún no tiene derecho a llamarse motor eléctrico. Debe cambiarse para que el campo magnético necesario para girar el rotor sea creado por electricidad. Y esto es posible cuando se utiliza corriente trifásica.
La máquina asíncrona se suministra con:
- estator;
- Rotor;
- El eje sobre el que se asienta el rotor.
En la figura, el anillo exterior es el estator de hierro del motor eléctrico, que consta de una carcasa con un marco y un núcleo de hierro. En sus polos hay tres devanados (H - comienzo, K - final). Se mantiene un ángulo de 120 grados entre dos devanados adyacentes. Cada uno de ellos está conectado a una de las fases de corriente trifásica.
Dentro del anillo del estator hay un cilindro metálico montado sobre un eje alrededor del cual puede girar. Este es el rotor de un motor asíncrono. Puede ser en cortocircuito o en fase.
Este dispositivo parece un núcleo ensamblado a partir de chapa de acero. Tiene ranuras en las que se vierte aluminio fundido. El metal forma varillas que se cortocircuitan mediante anillos terminales (de ahí el nombre). Una jaula de ardilla se compara con un rotor de jaula de ardilla porque tienen un parecido externo.
¡Importante! Para los motores eléctricos con rotores de jaula de ardilla de alta potencia, se vierte cobre en lugar de aluminio.
El diseño de una máquina asíncrona con rotor bobinado es complejo. Sin embargo, tienen una ventaja sobre el dispositivo en cortocircuito. Consiste en la capacidad de cambiar suavemente la velocidad de rotación.
Un rotor de fase es un eje montado sobre un núcleo laminado que tiene bobinado trifásico. En este sentido se parece al diseño de un estator. Los comienzos de los devanados están conectados en forma de estrella y los extremos están conectados mediante anillos colectores. Están aislados entre sí y ubicados en el eje del rotor.
Para que los anillos entren en contacto con el rotor de fases, cada uno de ellos está provisto de un par de escobillas fabricadas en metal y grafito. Se fijan en soportes especiales que los presionan contra los anillos mediante resortes.
En el caso de un rotor bobinado, el devanado trifásico está conectado al reóstato de arranque. Por tanto, se forma una resistencia adicional en el circuito eléctrico del rotor.
Principio de funcionamiento
El gráfico con la imagen a continuación le ayudará a comprender el principio de funcionamiento de un motor asíncrono.
Hay 4 posiciones resaltadas en el gráfico (a, b, cyd), cada una de las cuales tiene su diagrama correspondiente (A, B, C o D). Las líneas están conectadas a la corriente de fase: l1 – primera, l2 – segunda, l3 – tercera fase. Durante el funcionamiento del motor eléctrico, se producen los siguientes cambios:
- Colocar un. El valor actual en l1 es 0, en l2 es un número negativo, en l3 es positivo. En el diagrama, la dirección en la que fluirá la corriente está indicada por flechas. Se creará un flujo magnético, cuya dirección de las líneas se puede establecer aplicando la regla derecha, forma el polo sur (etiquetado Y) al final del polo de la tercera bobina dentro del estator. En este caso, se creará un polo norte (C) en la segunda bobina. Esto sugiere que las líneas de flujo magnético se dirigen a través del rotor desde el segundo devanado al tercero.
- Posición b. El valor de la corriente alterna en l2 es 0, en l1 es un número positivo, en l3 es negativo. El flujo magnético resultante en la primera bobina del estator crea un polo sur y en la tercera, un polo norte. Por lo tanto, cambia de dirección exactamente 120 grados y se dirige a través del rotor desde el 3er devanado al 1er.
- Posición en. El valor de la corriente alterna en l3 es 0, en l2 es un número positivo, en l1 es negativo. Ahora el polo norte corresponde a la 1ª bobina y el polo sur a la 2ª. Esto significa que el flujo magnético ha vuelto a girar 120 grados y ahora pasa a través del rotor desde la primera vuelta hasta la segunda.
- Posición d. Todos los valores de corriente alterna en cada fase, así como la dirección del flujo magnético, corresponden a la posición a.
Está claro que el trabajo motor eléctrico asíncrono posible cambiando la dirección de la corriente alterna en devanados del estator. Cada período de cambio de corriente corresponderá a una revolución del flujo magnético, lo que hará que el rotor gire. Y no importa cómo estén conectados los devanados, en estrella o en triángulo.
Máquinas asíncronas monofásicas
Normalmente, una máquina asíncrona funciona con corriente alterna trifásica. Pero se desarrolló un motor monofásico. Es menos común porque tiene poca potencia y requiere fuerza adicional para acelerar.
Dispositivo monofásico motor eléctrico Incluye un devanado de trabajo. Por eso se llama monofásico. Pero esencialmente es una máquina de dos fases, que funciona debido al hecho de que durante el arranque, se incluye en el circuito un devanado auxiliar o de arranque.
El motor monofásico está equipado con un rotor de jaula de ardilla. Ésta es una de las ventajas: la simplicidad del diseño. Sin embargo, un motor eléctrico monofásico tiene un inconveniente: la falta par de arranque y baja eficiencia.
El flujo de corriente alterna monofásica provoca un campo magnético formado por dos: sus amplitudes son iguales, pero giran en direcciones opuestas. Con el rotor en reposo, estos campos crean pares de arranque de igual magnitud. Pero como sus signos son diferentes, el par de arranque resultante es cero. Por tanto, el rotor permanece estacionario. Pero si lo haces girar usando fuerza adicional, se forma un deslizamiento entre los dos campos: una diferencia en momentos. Prevalecerá el momento que se dirige en el sentido de rotación del rotor. Entonces se puede detener su movimiento forzado: trabajo adicional proporcionado por deslizamiento.
Diferencias entre motores asíncronos y síncronos
La mayoría de las máquinas de CA asíncronas están equipadas con un rotor de jaula de ardilla en lugar de un rotor de fase. Sus diferencias con los motores síncronos:
- Baja potencia;
- Dispositivo sencillo;
- Bajo costo;
- Mayor vida útil debido a la ausencia de escobillas;
- Control de velocidad complejo (pero sin necesidad de convertidores).
Los modelos con rotor bobinado se diferencian de los de jaula de ardilla dispositivo complejo, pero la capacidad de regular suavemente la velocidad. Su coste y potencia son mayores, pero las escobillas suelen desgastarse.
Los motores eléctricos de tipo asíncrono se utilizan ampliamente en redes de suministro de energía tanto trifásicas como monofásicas. Se utilizan en la industria y en el hogar. Pero sólo como motor, en modo generador las máquinas síncronas producen el mejor rendimiento.
Un motor asíncrono (inducción) (IM) es un dispositivo que convierte energía eléctrica a mecánico. "Asincrónico" significa tiempos diferentes. Los motores eléctricos asíncronos funcionan mediante una red de corriente alterna.
Características de los motores asíncronos.
Solicitud
Tales motores eléctricos ( convertidores de frecuencia) no se utilizan en redes DC. Pero son ampliamente utilizados en todas las industrias. economía nacional. Según las estadísticas, hasta el 70% de la electricidad que se convierte en energía mecánica de traslación o movimiento rotacional, es consumido precisamente por los motores eléctricos de inducción.
Una máquina asíncrona no está conectada a una red de CC.
Los convertidores de frecuencia asíncronos no requieren una producción compleja y tienen un diseño sencillo, pero al mismo tiempo muy fiables. Estos motores pueden funcionar en redes monofásicas y trifásicas, utilizando diferentes frecuencias. Los convertidores no son aptos para redes DC. Para controlarlos se utilizan esquemas relativamente simples.
Al elegir un motor asíncrono, a menudo surgen problemas al determinar:
- su poder;
- características y circuito aceptable mediante el cual se controla el motor eléctrico;
- calcular la potencia de los condensadores necesarios para que el convertidor funcione desde una fase;
- calidades y secciones de alambre;
- dispositivos de protección y control equipados con el convertidor.
Para comprender todo esto, es necesario conocer la estructura y las características operativas de una unidad asíncrona. Esto le ayudará a elegir el convertidor adecuado para una tarea específica.
La unidad de inducción debe su nombre a que el campo magnético gira a mayor velocidad que el propio rotor, por lo que este último siempre intenta "alcanzar" la velocidad de rotación del campo.
Dispositivo de presión arterial
El rotor y el estator son los elementos principales de un motor de inducción.
Diagrama de dispositivo de una unidad asíncrona.
Diagrama: eje (1), cojinetes (2.6), patas (4), impulsor (7), estator (10), caja de terminales (11), rotor (9), carcasa del ventilador (5), protectores de cojinetes (3,8). ).
La figura muestra la estructura de una unidad típica. El estator IM tiene forma de cilindro. Interior Tiene dimensiones que proporcionan espacio libre entre el rotor y el estator. Los devanados están ubicados en las ranuras del núcleo. sus ejes para funcionamiento normal ubicados entre sí en un ángulo de 1200. Los extremos de los devanados se ensamblan mediante un circuito en "estrella" o "triángulo", pero esto depende directamente del voltaje. El rotor puede ser de fase o de jaula de ardilla.
El rotor gira en la dirección del campo magnético.
Se instala un devanado trifásico en un rotor de fase; se asemeja a un devanado de estator; Por un lado, los extremos del devanado del rotor bobinado suelen estar conectados en forma de estrella y los extremos libres, con anillos colectores. Para incluir resistencia adicional en el circuito de bobinado del rotor bobinado, se utilizan escobillas conectadas a anillos. Este diseño no está diseñado para funcionar en circuitos de CC, ya que la rotación requerida proporciona un cambio de fase.
Un rotor de jaula de ardilla es un núcleo que está hecho de láminas de acero. Las ranuras del rotor de jaula de ardilla están llenas de aluminio fundido, lo que da lugar a varillas que sufren un cortocircuito con los anillos de los extremos.
Un rotor de jaula de ardilla de este tipo crea condiciones para un mínimo resistencia electrica. Este diseño se llama “jaula de ardilla” o “rueda de ardilla”.
Diseño de jaula de ardilla.
En un rotor de jaula de ardilla de alta potencia, las ranuras están rellenas de cobre o latón. La rueda de ardilla es el devanado del rotor en cortocircuito.
Dependiendo de la fase conectada, la unidad de inducción se divide en monofásica y trifásica. Teniendo en cuenta este parámetro, se distingue el principio de funcionamiento de un motor asíncrono.
Máquina de inducción monofásica
Muy a menudo, se instala un motor de CA monofásico de inducción en electrodomésticos, ya que la vivienda se abastece de electricidad de red eléctrica monofásica. La ventaja de estos motores de CA es su diseño bastante robusto y bajo costo, falta de esquemas de control complejos.
Son muy adecuados para trabajos de larga duración, ya que no requieren mantenimiento. Normalmente, un motor monofásico de baja potencia, hasta 0,5 kW. Estos motores eléctricos se instalan en lavadoras, compresores de frigoríficos y otros electrodomésticos, donde el rotor crea una velocidad de rotación baja y una cantidad relativamente pequeña de corriente.
Esquema de operación motor monofásico baja potencia
En las unidades de inducción monofásicas, el estator está equipado con un control del rotor a partir de dos devanados, que se desplazan entre sí mediante 900 de corriente para generar un par de arranque. Un devanado es el devanado inicial y el segundo es el devanado de trabajo.
Los motores monofásicos no son aptos para redes CC. Se caracterizan por un bajo rendimiento energético y una baja capacidad de sobrecarga. Las unidades funcionan normalmente si no se viola un cierto rango de frecuencia de campo. Una vez que comienza la rotación, el dispositivo de control conecta el devanado de trabajo. Esto le permite reducir el consumo de energía.
EN accionamientos eléctricos Con arranque normal se suelen instalar motores de inducción monofásicos con polos blindados. En un motor eléctrico asíncrono de este tipo, la fase auxiliar está en cortocircuito con espiras que tienen una resistencia mínima, ubicadas en los polos pronunciados del estator.
Teniendo en cuenta que el ángulo espacial formado por la espira y los ejes de la fase principal es mucho menor que 90º, dicho motor eléctrico tiene un campo elíptico. Con su ayuda, se crean fuerzas relativamente pequeñas, lo que explica las bajas propiedades operativas y de arranque de los motores eléctricos de inducción equipados con polos blindados conectados en fase.
Inducción motores electricos monofasicos los que tienen rotor de jaula de ardilla se dividen en:
- con mayor resistencia de la fase de arranque;
- unidades de jaula de ardilla equipadas con un condensador que funcione;
- equipado con un condensador de arranque de fase; combinado con control de fase, rotor de jaula de ardilla;
- combinado con control de fase, rotor de jaula de ardilla;
- con postes blindados.
motor trifásico
En una máquina de inducción trifásica, el devanado está diseñado para producir un campo magnético giratorio circular que pasa a través del devanado del rotor en cortocircuito. Los dispositivos creados con control de fase no se utilizan en circuitos de CC. Cuando el campo pasa por los conductores del devanado del estator, se genera una fuerza electromotriz, que provoca el paso de corriente alterna en el devanado que controla el rotor, el cual tiene su propio campo magnético. Este campo magnético, al interactuar con el campo giratorio magnético de fase del estator, provoca una rotación de una determinada frecuencia siguiendo los campos entre éste y el rotor.
Esquema de funcionamiento de una unidad trifásica de inducción.
Este principio fue desarrollado por un académico de Francia Arago. En otras palabras, si se instala un imán de herradura cerca de un disco de metal fijado sin apretar sobre un eje y se gira manteniendo una cierta velocidad, entonces el disco de metal sin control adicional comenzará a moverse detrás del imán, pero su velocidad de rotación será menor que la velocidad del imán.
Este fenómeno se debe a las reglas de la inducción electromagnética. Durante la rotación de los polos magnéticos cerca de la superficie del disco metálico, se forma una fuerza electromotriz de la frecuencia correspondiente en los circuitos debajo del polo y surgen corrientes que crean un campo magnético del disco metálico. El campo magnético del disco comienza a interactuar con el campo de los polos del imán giratorio, como resultado de lo cual el disco es "arrastrado" por su campo magnético.
Asimismo, en una unidad asíncrona, el devanado del rotor en cortocircuito actúa como un disco metálico y el circuito magnético y el devanado del estator actúan como un imán.
Para facilitar el control y arranque de un motor eléctrico trifásico cuando se conecta a una red monofásica (corriente alterna, no continua), en el momento del arranque, se instala adicionalmente un condensador de arranque en paralelo con el de funcionamiento. . Compensan la falta de fase y frecuencia correspondiente del campo.
Arrancar un motor trifásico
El motor está en marcha. Video
Puedes ver cómo funciona un motor asíncrono en modo generador en este vídeo. Presentado aquí buen consejo sobre optimización de procesos, incluidos los relacionados con circuitos de control de rotación de fases.
Por lo tanto, conociendo las características de funcionamiento de una máquina de inducción, podemos decir con seguridad que la conversión de energía eléctrica en energía mecánica se produce como resultado de la rotación del eje (rotor) del motor eléctrico.
La velocidad de rotación del campo magnético del rotor y del estator depende directamente de la frecuencia de la red de suministro y del número de pares de polos. En el caso de que el tipo de motor limite el número de pares de polos, se utiliza un convertidor de frecuencia para controlar el cambio en la frecuencia de la red de suministro a un rango mayor.
Las características del control de rotación de fase se analizan anteriormente. También se dan las diferencias en el diseño con un rotor mínimo de jaula de ardilla, que se utiliza para reducir la resistencia. Cabe recordar que el diseño de algunas unidades implica la posibilidad de su uso únicamente en circuitos de CC. Los convertidores de rotación de fases funcionan con alimentación de CA.