Motor assíncrono monofásico: como funciona

O próprio nome deste dispositivo elétrico indica que a energia elétrica fornecida a ele é convertida em movimento rotacional do rotor. Além disso, o adjetivo "assíncrono" caracteriza a incompatibilidade, o atraso da velocidade de rotação da armadura do campo magnético do estator.

A palavra "monofásica" causa uma definição ambígua. Isto é devido ao fato de que o termo "fase" em elétrica define vários fenômenos:

• deslocamento, diferença de ângulos entre quantidades vetoriais;

• condutor potencial de circuito elétrico CA de dois, três ou quatro fios;

• um dos enrolamentos do estator ou rotor de um motor ou gerador trifásico.

Portanto, esclarecemos imediatamente que é habitual chamar um motor elétrico monofásico que funcione em uma rede CA de dois fios representada por uma fase e potencial zero. O número de enrolamentos montados em vários projetos de estatores não afeta esta definição.

Projeto do motor

De acordo com seu dispositivo técnico, um motor de indução consiste em:

1. um estator - uma parte estática e fixa, feita por uma caixa com vários elementos elétricos localizados nela;

2. rotor girado pelas forças do campo eletromagnético do estator.

A conexão mecânica dessas duas partes é feita por rolamentos de rotação, cujos anéis internos são montados nos soquetes do eixo do rotor e os anéis externos são montados em tampas laterais de proteção fixadas no estator.

Rotor

Seu dispositivo para esses modelos é o mesmo que para todos os motores de indução: um núcleo magnético de placas sobrecarregadas à base de ligas de ferro macio é montado em um eixo de aço. Na sua superfície externa, são feitas ranhuras nas quais as hastes de enrolamento de alumínio ou cobre são montadas, em curto nas extremidades dos anéis de fechamento.

Uma corrente elétrica é induzida no enrolamento do rotor, que é induzido pelo campo magnético do estator, e o circuito magnético serve para a boa passagem do fluxo magnético criado aqui.

Projetos de rotores separados para motores monofásicos podem ser feitos de materiais não magnéticos ou ferromagnéticos na forma de um cilindro.

Estator

O design do estator também é apresentado:

• corpo;

• circuito magnético;

• enrolamento.

Seu principal objetivo é gerar um campo eletromagnético fixo ou rotativo.

O enrolamento do estator geralmente consiste em dois circuitos:

1. trabalhador;

2. lançador.

Nos projetos mais simples, projetados para girar manualmente a âncora, apenas um enrolamento pode ser feito.

O princípio de operação de um motor elétrico monofásico assíncrono

Para simplificar a apresentação do material, imaginemos que o enrolamento do estator seja feito com apenas um loop de loop. Seus fios dentro do estator são distribuídos em um círculo a 180 graus angulares. Uma corrente sinusoidal alternada passa por ela, com meias ondas positivas e negativas. Ele cria não um campo magnético rotativo, mas pulsante.

Como ocorrem as pulsações do campo magnético

Vamos analisar esse processo usando o exemplo de uma meia onda de corrente positiva fluindo nos instantes de tempo t1, t2, t3.

Passa pela parte superior do caminho atual em nossa direção e pela parte inferior - por nós. No plano perpendicular representado pelo circuito magnético, fluxos magnéticos aparecem ao redor do condutor.

As correntes que variam em amplitude nos instantes de tempo considerados criam campos eletromagnéticos F1, F2 e F3 de magnitude diferente. Como a corrente na metade superior e inferior é a mesma, mas a bobina é dobrada, os fluxos magnéticos de cada parte são direcionados na direção oposta e destroem o efeito da outra.Isso pode ser determinado pela regra de um verruma ou mão direita.

Como você pode ver, com uma meia-onda positiva, a rotação do campo magnético não é observada, mas apenas sua ondulação ocorre nas partes superior e inferior do fio, que também é mutuamente balanceado no circuito magnético. O mesmo processo ocorre com uma seção negativa do sinusóide, quando as correntes invertem a direção.

Como não há campo magnético rotativo, o rotor também permanecerá estacionário, porque não há forças aplicadas para iniciar a rotação.

Como a rotação do rotor é criada em um campo pulsante

Se você girar o rotor, mesmo com a mão, ele continuará esse movimento. Para explicar esse fenômeno, mostramos que o fluxo magnético total varia na frequência do senoide atual de zero ao valor máximo em cada meio ciclo (com uma mudança de direção) e consiste em duas partes formadas nos ramos superior e inferior, como mostra a figura.

O campo pulsante magnético do estator consiste em dois circulares com uma amplitude de Fmax / 2 e movendo-se em direções opostas com a mesma frequência.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Nesta fórmula são indicados:

• frequência de rotação npr e nobr do campo magnético do estator nas direções direta e reversa;

• n1 é a velocidade do fluxo magnético rotativo (r / min);

• p é o número de pares de polos;

• f é a frequência da corrente no enrolamento do estator.

Agora, com a mão, daremos a rotação do motor em uma direção, e ele imediatamente captará o movimento devido à ocorrência de um torque causado pelo deslizamento do rotor em relação a diferentes fluxos magnéticos das direções para frente e para trás.

Assumimos que o fluxo magnético da direção direta coincida com a rotação do rotor e o inverso, respectivamente, será o oposto. Se n2 é a frequência de rotação da âncora em rpm, podemos escrever a expressão n2

Nesse caso, denotamos Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Aqui, os índices S e Spr denotam o escorregamento do motor de indução e o rotor do fluxo magnético relativo da direção direta.

No fluxo reverso, o deslizamento Sobr é expresso por uma fórmula semelhante, mas com a alteração do sinal n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

De acordo com a lei da indução eletromagnética, sob a influência de fluxos magnéticos diretos e reversos, uma força eletromotriz atuará no enrolamento do rotor, o que criará correntes nas mesmas direções I2pr e I2r.

Sua frequência (em hertz) será diretamente proporcional à magnitude do escorregamento.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Além disso, a frequência f2obr formada pela corrente induzida I2obr excede significativamente a frequência f2pr.

Por exemplo, um motor elétrico funciona em uma rede de 50 Hz com n1 = 1500 en2 = 1440 rpm. Seu rotor possui um escorregamento relativo ao fluxo magnético da direção direta Spr = 0,04 e a frequência atual f2pr = 2 Hz. O deslizamento reverso Sobr = 1,96 e a frequência atual f2obr = 98 Hz.

Com base na lei Ampere, quando o I2pr atual e o campo magnético Фпр interagem, um torque Мпр aparece.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Aqui, o coeficiente constante SM depende do design do motor.

Nesse caso, o fluxo magnético reverso Mobr também atua, o que é calculado pela expressão:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Como resultado da interação desses dois fluxos, o resultante aparecerá:

M = Mpr-Mobr.

Atenção! Quando o rotor gira, são induzidas correntes de diferentes frequências, que criam momentos de forças em diferentes direções. Portanto, a armadura do motor girará sob a ação de um campo magnético pulsante na direção em que começou a girar.

Durante a superação da carga nominal por um motor monofásico, um pequeno escorregamento é criado com a parte principal do torque direto Mpr. A contração do campo magnético reverso inibitório do Mobr afeta muito pouco devido à diferença nas frequências das correntes das direções direta e reversa.

O f2obr da corrente reversa excede significativamente o f2pr, e a indutância induzida X2obr excede muito o componente ativo e fornece um grande efeito desmagnetizador do fluxo magnético reverso Fobr, que diminui em última análise.

Como o fator de potência do motor sob carga é pequeno, o fluxo magnético reverso não pode ter um efeito forte no rotor rotativo.

Quando uma fase da rede é aplicada a um motor com rotor fixo (n2 = 0), o escorregamento, para frente e para trás, é igual à unidade, e os campos magnéticos e as forças dos fluxos de avanço e reverso são equilibrados e a rotação não ocorre. Portanto, a partir do fornecimento de uma fase, é impossível desenroscar a armadura do motor.

Como determinar rapidamente a velocidade do motor:

Como a rotação do rotor é criada em um motor assíncrono monofásico

Em toda a história da operação desses dispositivos, as seguintes soluções de design foram desenvolvidas:

1. desenrolamento manual do eixo com uma mão ou cordão;

2. o uso de um enrolamento adicional conectado durante a partida devido a resistência ôhmica, capacitiva ou indutiva;

3. separação por uma bobina magnética em curto-circuito do circuito magnético do estator.

O primeiro método foi utilizado no desenvolvimento inicial e não começou a ser aplicado no futuro devido aos possíveis riscos de lesões na inicialização, embora não exija correntes adicionais.

Aplicação do enrolamento de mudança de fase no estator

Para dar a rotação inicial do rotor ao enrolamento do estator, no momento da partida, um auxiliar adicional é conectado, mas apenas 90 graus de ângulo. É realizado com um fio mais espesso para passar mais correntes do que fluindo no fio de trabalho.

O diagrama de conexão desse mecanismo é mostrado na figura à direita.

Aqui, o botão do tipo PNVS é usado para ligar, criado especialmente para esses motores e amplamente utilizado na operação de máquinas de lavar fabricadas na URSS. Este botão liga imediatamente 3 contatos de forma que os dois extremos, depois de pressionados e soltos, permaneçam fixos no estado ligado e o meio fecha brevemente, e depois retorna à sua posição original sob a ação da mola.

Contatos extremos fechados podem ser desconectados pressionando o botão Parar adjacente.

Além do interruptor com botão de pressão, são utilizados os seguintes itens no modo automático para desativar o enrolamento adicional:

1. interruptores centrífugos;

2. relés diferenciais ou de corrente;

3. temporizadores mecânicos.

Para melhorar a partida do motor sob carga, elementos adicionais são usados ​​no enrolamento de mudança de fase.

Conexão de um motor monofásico com resistência de partida

Nesse circuito, a resistência ôhmica é montada sequencialmente no enrolamento adicional do estator. Nesse caso, o enrolamento das voltas é realizado de maneira bifilar, proporcionando um coeficiente de auto-indução da bobina muito próximo de zero.

Devido à implementação dessas duas técnicas, quando as correntes fluem através de diferentes enrolamentos, ocorre uma mudança de fase de cerca de 30 graus entre elas, o que é suficiente. A diferença de ângulos é criada alterando as resistências complexas em cada circuito.

Com este método, um enrolamento inicial com baixa indutância e resistência aumentada ainda pode ser encontrado. Para isso, é utilizado o enrolamento com um pequeno número de voltas de um fio de seção transversal abaixada.

Conexão de um motor monofásico com partida do capacitor

O deslocamento da corrente de fase capacitiva permite criar uma conexão de curto prazo do enrolamento com um capacitor conectado em série. Essa cadeia só funciona quando o mecanismo entra no modo e depois desliga.

A partida do capacitor cria o maior torque e um fator de potência mais alto do que com um método de partida resistiva ou indutiva. Pode atingir um valor de 45 ± 50% do valor nominal.

Em circuitos separados, uma capacitância também é adicionada à corrente de enrolamento de trabalho, que está constantemente ligada. Devido a isso, desvios de correntes nos enrolamentos por um ângulo da ordem de π / 2 são alcançados. Ao mesmo tempo, uma mudança de amplitudes máximas é perceptível no estator, o que fornece um bom torque no eixo.

Devido a essa técnica, o mecanismo é capaz de gerar mais energia na inicialização. No entanto, esse método é usado apenas em unidades de partida pesada, por exemplo, para girar o tambor de uma máquina de lavar cheia de roupa com água.

O gatilho do capacitor permite alterar a direção de rotação da armadura. Para fazer isso, basta alterar a polaridade da conexão do enrolamento de partida ou de trabalho.

Conexão do motor de fase monofásica

Motores assíncronos com uma pequena potência de cerca de 100 W usam a divisão do fluxo magnético do estator devido à inclusão de uma bobina de cobre em curto-circuito no polo do circuito magnético.

Cortado em duas partes, esse poste cria um campo magnético adicional, que é deslocado do principal em ângulo e o enfraquece no local coberto pela bobina. Por esse motivo, é criado um campo rotativo elíptico, formando um momento de rotação de direção constante.

Em tais projetos, pode-se encontrar desvios magnéticos feitos de chapas de aço que fecham as bordas das pontas dos pólos do estator.

Motores de projetos semelhantes podem ser encontrados em dispositivos de ventilação para sopro de ar. Eles não têm a capacidade de reverter.