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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Motores elétricos. motores assíncronos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Motores elétricos Motores assíncronos denominadas máquinas elétricas com pelo menos dois enrolamentos nos quais as tensões alternadas são defasadas uma em relação à outra. princípio de funcionamento Em sistemas assíncronos, torna-se possível criar um campo magnético rotativo em um dispositivo mecanicamente estacionário. Uma bobina conectada a uma fonte de corrente alternada produz um campo magnético pulsante, ou seja, um campo magnético que muda de valor e direção.
Em um cilindro com diâmetro interno D, três bobinas são colocadas na superfície, deslocadas espacialmente uma em relação à outra de 120°. As bobinas são conectadas a uma fonte de tensão trifásica (Figura 16.6). Na fig. 16.7 mostra um gráfico de correntes instantâneas que formam um sistema trifásico. Cada uma das bobinas cria um campo magnético pulsante. Os campos magnéticos das bobinas, interagindo entre si, formam o campo magnético rotativo resultante, caracterizado pelo vetor da indução magnética resultante Na fig. 16.8 mostra os vetores de indução magnética de cada fase e o vetor resultante No momento t = t1 a corrente e a indução magnética na bobina A-X são positivas e máximas, nas bobinas BY e CZ são iguais e negativas. O vetor da indução magnética resultante é igual à soma geométrica dos vetores das induções magnéticas das bobinas e coincide com o eixo da bobina A-X. No momento t = t2 as correntes nas bobinas A-X e CZ são iguais em magnitude e opostas em direção. A corrente na fase B é zero. O vetor de indução magnética resultante girou 30° no sentido horário.
No momento t = t3 as correntes nas bobinas A-X e BY são iguais em magnitude e positivas, a corrente na fase CZ é máxima e negativa, o vetor do campo magnético resultante está localizado na direção negativa do eixo da bobina CZ. Por um período de corrente alternada, o vetor do campo magnético resultante girará 360°. Velocidade linear de movimento do vetor de indução magnética
onde
campo ao longo da circunferência de um cilindro de diâmetro D. Velocidade da linha
onde n1 - frequência síncrona de rotação de um campo magnético multipolar com o número de pares de pólos Р. As bobinas mostradas na fig. 16.6, crie um campo magnético bipolar, com o número de pólos 2P = 2. A frequência de rotação do campo é 3000 rpm. Para obter um campo magnético quadripolar, é necessário colocar seis bobinas dentro de um cilindro de diâmetro D, duas para cada fase. Então, de acordo com a fórmula (16.7), o campo magnético girará duas vezes mais devagar, com n1 = 1500 rpm. Para obter um campo magnético rotativo, duas condições devem ser atendidas:
projeto Um motor de indução tem uma parte fixa chamada estator e uma parte rotativa chamada rotor. O estator contém um enrolamento que cria um campo magnético rotativo. Existem motores assíncronos com rotor de gaiola e rotor de fase. Nas ranhuras do rotor com enrolamento em curto-circuito, são colocadas hastes de alumínio ou cobre. Nas extremidades, as hastes são fechadas com anéis de alumínio ou cobre. O estator e o rotor são feitos de chapas de aço elétrico para reduzir as perdas por correntes parasitas. O rotor de fase possui um enrolamento trifásico (para um motor trifásico). As extremidades das fases são conectadas em um nó comum, e os começos são trazidos para três anéis de contato colocados no eixo. As escovas de contato fixo são colocadas nos anéis. Um reostato de partida é conectado às escovas. Depois de ligar o motor, a resistência do reostato de partida é gradualmente reduzida a zero. Princípio de funcionamento de um motor de indução O princípio de funcionamento de um motor assíncrono será considerado no modelo mostrado na Fig. 16.9. Representamos o campo magnético rotativo do estator como um ímã permanente girando com uma frequência de rotação síncrona u. As correntes são induzidas nos condutores do enrolamento fechado do rotor. Os pólos do ímã se movem no sentido horário. Para um observador colocado em um ímã em rotação, parece que o ímã está estacionário e os condutores do enrolamento do rotor se movem no sentido anti-horário. As direções das correntes do rotor, determinadas pela regra da mão direita, são mostradas na Fig. 16.9.
Usando a regra da mão esquerda, encontramos a direção das forças eletromagnéticas que atuam no rotor e fazem com que ele gire. O rotor do motor girará a uma velocidade de n1 no sentido de rotação do campo do estator. O rotor gira de forma assíncrona, ou seja, sua frequência de rotação n2 menor que a frequência de rotação do campo do estator w. A diferença relativa entre as velocidades dos campos do estator e do rotor é chamada de escorregamento:
O escorregamento não pode ser igual a zero, pois nas mesmas velocidades do campo e do rotor, a indução de correntes no rotor pararia e, conseqüentemente, não haveria torque eletromagnético. O torque eletromagnético é equilibrado pelo torque de frenagem oposto Se o escorregamento do motor travado for igual a um, diz-se que o motor está em modo de curto-circuito. Velocidade do motor assíncrono sem carga n2 aproximadamente igual à frequência síncrona n1. Se o escorregamento de um motor sem carga for S = 0, diz-se que o motor está em marcha lenta. O escorregamento de uma máquina assíncrona operando no modo motor varia de zero a um. Uma máquina assíncrona pode operar no modo gerador. Para isso, seu rotor deve ser girado por um motor de terceiros no sentido de rotação do campo magnético do estator com frequência n2 > n1. Deslizamento do gerador assíncrono S < 0. Uma máquina assíncrona pode operar no modo de um freio de máquina elétrica. Para fazer isso, é necessário girar seu rotor na direção oposta à direção de rotação do campo magnético do estator. Neste modo, S > 1. Como regra, as máquinas assíncronas são usadas no modo motor. O motor de indução é o tipo de motor mais comum na indústria. A frequência de rotação do campo em um motor assíncrono está rigidamente relacionada à frequência da rede f1 e o número de pares de pólos do estator. Na frequência f1 = 50 Hz existe o seguinte faixa de velocidade (P-n1, rpm): 1 - 3000; 2 - 1500; 3 -1000; 4 - 750. Da fórmula (16.7) obtemos
A velocidade do campo do estator em relação ao rotor é chamada de velocidade de escorregamento.
Frequência atual e EMF no enrolamento do rotor
Uma máquina assíncrona de rotor travado funciona como um transformador. O fluxo magnético principal induz no estator e nos enrolamentos fixos do rotor EMF E1 e E2K:
onde fm - o valor máximo do fluxo magnético principal acoplado aos enrolamentos do estator e do rotor; C1 e W2 - o número de voltas dos enrolamentos do estator e do rotor; Para obter uma distribuição mais favorável da indução magnética no entreferro entre o estator e o rotor, os enrolamentos do estator e do rotor não são concentrados em um pólo, mas distribuídos ao longo das circunferências do estator e do rotor. A EMF do enrolamento distribuído é menor que a EMF do enrolamento concentrado. Este fato é levado em consideração introduzindo coeficientes de enrolamento nas fórmulas que determinam a magnitude das forças eletromotrizes dos enrolamentos. Os valores dos coeficientes do enrolamento são ligeiramente menores que a unidade. EMF no enrolamento de um rotor em rotação
Corrente do rotor da máquina de corrida
onde r2 - resistência ativa do enrolamento do rotor; x2 - resistência indutiva do enrolamento do rotor,
Um motor monofásico tem um enrolamento localizado no estator. Um enrolamento monofásico alimentado por corrente alternada criará um campo magnético pulsante. Vamos colocar um rotor com um enrolamento em curto-circuito neste campo. O rotor não gira. Se você girar o rotor com uma força mecânica de terceiros em qualquer direção, o motor funcionará de forma estável. Isso pode ser explicado da seguinte forma. O campo magnético pulsante pode ser substituído por dois campos magnéticos girando em direções opostas com uma frequência síncrona n1 e tendo amplitudes de fluxo magnético iguais à metade da amplitude do fluxo magnético do campo pulsante. Um dos campos magnéticos é chamado de rotação direta, o outro é chamado de rotação reversa. Cada um dos campos magnéticos induz correntes parasitas no enrolamento do rotor. Quando as correntes parasitas interagem com os campos magnéticos, são formados torques que são direcionados opostos um ao outro. Na fig. 16.10 mostra as dependências do momento no campo direto M ', o momento no campo reverso M "e o momento M resultante na função de deslizamento M \uXNUMXd M ' - M ".
Os eixos deslizantes são direcionados opostos um ao outro. No modo de partida, o rotor está sujeito a torques iguais em magnitude e opostos em direção. Vamos girar o rotor por uma força de terceiros na direção de um campo magnético recíproco. Um excesso de torque (resultante) aparecerá, acelerando o rotor a uma velocidade próxima à síncrona. Neste caso, o escorregamento do motor em relação ao campo magnético alternativo
Deslizamento do motor em relação a um campo magnético de rotação reversa
Considerando a característica resultante, podemos tirar as seguintes conclusões. Saída 1. Um motor monofásico não tem torque de partida. Ele irá girar na direção em que é girado por uma força externa. Saída 2. Devido à ação de frenagem do campo girante reverso, o desempenho de um motor monofásico é pior do que o de um motor trifásico. Para criar um torque de partida, os motores monofásicos são fornecidos com um enrolamento de partida deslocado espacialmente em relação ao enrolamento de trabalho principal em 90 °. O enrolamento de partida é conectado à rede por meio de elementos defasados: um capacitor ou resistência ativa. A Figura 16.11 mostra o circuito de comutação do enrolamento do motor, onde P é o enrolamento de trabalho, P é o enrolamento de partida. A capacitância do elemento de desfasamento C é selecionada de forma que as correntes nos enrolamentos de trabalho e de partida difiram em fase em 90 °. Um motor assíncrono trifásico pode operar a partir de uma rede monofásica se seus enrolamentos forem conectados de acordo com os diagramas a seguir (Fig. 16.12). No diagrama mostrado na fig. 16.12, e os enrolamentos do estator são conectados por uma estrela, e no diagrama da fig. 16.12, b - um triângulo. Valor de capacitância C ~ 60 uF por 1 kW de potência.
Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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, construído para três momentos de tempo t1, T2, T3. As direções positivas dos eixos das bobinas são marcadas +1, +2, +3.
- Frequência da tensão AC; T é o período da corrente senoidal; pg - frequência de rotação do campo magnético ou frequência síncrona de rotação. Durante um período T, o campo magnético percorre uma distância 
onde
- divisão de pólos ou distância entre os pólos do campo magnético
de onde
Com o aumento da carga no eixo do motor, o torque de frenagem torna-se maior que o torque e o escorregamento aumenta. Como resultado, o EMF e as correntes induzidas no enrolamento do rotor aumentam. O torque aumenta e se torna igual ao torque de frenagem. O torque pode aumentar com o aumento do escorregamento até um determinado valor máximo, após o qual, com um aumento adicional no torque de frenagem, o torque diminui drasticamente e o motor para.
- frequência da tensão na rede; PARA01 e K02 - coeficientes de enrolamento dos enrolamentos do estator e do rotor.
, onde x2K - resistência indutiva do rotor freado. Então
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