Micromotores elétricos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Os motores elétricos são normalmente divididos em três grupos: alta, média e baixa potência. Para motores de baixa potência (vamos chamá-los de micromotores), nenhum limite superior de potência é definido; geralmente é de várias centenas de watts. Os micromotores são amplamente utilizados em eletrodomésticos e eletrodomésticos (hoje em dia toda família possui vários micromotores - em geladeiras, aspiradores de pó, gravadores, tocadores, etc.), equipamentos de medição, sistemas de controle automático, aviação e tecnologia espacial e outras áreas da atividade humana.

Os primeiros motores elétricos DC surgiram na década de 30 do século XIX. Um grande passo no desenvolvimento de motores elétricos foi dado como resultado da invenção em 1856 pelo engenheiro alemão Siemens de um conversor de armadura dupla e de sua descoberta em 1866 do princípio dinamoelétrico. Em 1883, Tesla e em 1885, Ferrari, independentemente um do outro, inventaram o motor de indução CA. Em 1884, a Siemens criou um motor CA comutador com enrolamento de campo em série. Em 1887, Haselvander e Dolivo-Dobrovolsky propuseram um projeto de rotor com enrolamento em gaiola de esquilo em curto-circuito, o que simplificou significativamente o projeto do motor. Em 1890, Chitin e Leblanc usaram pela primeira vez um capacitor de mudança de fase.

Os motores elétricos começaram a ser utilizados em eletrodomésticos em 1887 - em ventiladores, em 1889 - em máquinas de costura, em 1895 - em furadeiras e em 1901 - em aspiradores de pó. No entanto, até à data, a necessidade de micromotores revelou-se tão grande (até seis micromotores são utilizados numa câmara de vídeo moderna) que surgiram empresas e empreendimentos especializados para o seu desenvolvimento e produção. Um grande número de tipos de micromotores foi desenvolvido, cada um dos quais é discutido em um artigo desta série.

Micromotores assíncronos

Os micromotores assíncronos monofásicos são o tipo mais comum, atendem aos requisitos da maioria dos acionamentos elétricos de dispositivos e dispositivos, caracterizados por baixo custo e nível de ruído, alta confiabilidade, não requerem manutenção e não contêm contatos móveis.

Ativando. Um micromotor assíncrono pode ter um, dois ou três enrolamentos. Um motor de enrolamento único não possui torque de partida inicial e deve ser acionado utilizando, por exemplo, um motor de partida. Em um motor de dois enrolamentos, um dos enrolamentos, denominado enrolamento principal, está diretamente conectado à fonte de alimentação (Fig. 1).

Para criar um torque de partida, uma corrente deve fluir no outro enrolamento auxiliar, defasada em relação à corrente no enrolamento principal. Para isso, um resistor adicional é conectado em série com o enrolamento auxiliar, que pode ser de natureza ativa, indutiva ou capacitiva.

Na maioria das vezes, um capacitor é incluído no circuito de alimentação do enrolamento auxiliar, obtendo-se assim um ângulo de fase ideal das correntes nos enrolamentos igual a 90° (Fig. 1, b). Um capacitor permanentemente conectado ao circuito de potência do enrolamento auxiliar é chamado de capacitor de trabalho. Se, ao dar partida no motor, for necessário fornecer um torque de partida aumentado, então em paralelo com o capacitor de trabalho C, um capacitor de partida Ca é ligado durante a partida (Fig. 1, c). Após o motor ter acelerado até a velocidade, o capacitor de partida é desligado usando um relé ou interruptor centrífugo. Na prática, a opção da Fig. 1, b é usada com mais frequência.

O efeito de mudança de fase pode ser obtido aumentando artificialmente a resistência ativa do enrolamento auxiliar. Isto é conseguido incluindo um resistor adicional ou fazendo um enrolamento auxiliar com fio de alta resistência. Devido ao aumento do aquecimento do enrolamento auxiliar, este é desligado após a partida do motor. Esses motores são mais baratos e mais confiáveis ​​que os motores capacitores, embora não permitam uma mudança de fase de 90° nas correntes dos enrolamentos.

Para inverter o sentido de rotação do eixo do motor, um indutor ou indutor deve ser conectado ao circuito de potência do enrolamento auxiliar, fazendo com que a corrente no enrolamento principal esteja adiantada em fase da corrente no enrolamento auxiliar . Na prática, este método raramente é utilizado, pois a mudança de fase é insignificante devido à natureza indutiva da resistência do enrolamento auxiliar.

O método mais comumente utilizado é a mudança de fase entre os enrolamentos principal e auxiliar, que consiste em curto-circuitar o enrolamento auxiliar. O enrolamento principal possui uma conexão magnética com o enrolamento auxiliar, devido ao qual, quando o enrolamento principal é conectado à rede de alimentação, um EMF é induzido no enrolamento auxiliar e aparece uma corrente desfasada da corrente do principal enrolamento. O rotor do motor começa a girar na direção do enrolamento principal para o enrolamento auxiliar.

O motor de indução trifásico de três enrolamentos pode ser usado no modo de alimentação monofásico. A Figura 2 mostra a conexão de um motor de três enrolamentos utilizando circuitos estrela e delta em modo de operação monofásico (circuitos Steinmetz). Dois dos três enrolamentos estão diretamente conectados à rede de alimentação e o terceiro está conectado à tensão de alimentação através de um capacitor de partida. Para criar o torque de partida necessário, é necessário incluir um resistor em série com o capacitor, cuja resistência depende dos parâmetros dos enrolamentos do motor.

Enrolamentos. Ao contrário dos motores assíncronos de três enrolamentos, que se caracterizam por um arranjo espacial simétrico e parâmetros idênticos dos enrolamentos do estator, nos motores com alimentação monofásica os enrolamentos principal e auxiliar possuem parâmetros diferentes. Para enrolamentos simétricos, o número de slots por pólo e fase pode ser determinado a partir da expressão:

q = N / 2h,

onde N é o número de slots do estator; m - número de enrolamentos (fases); p - número de pólos.

Em enrolamentos quase simétricos, o número de ranhuras e a largura dos enrolamentos diferem ligeiramente, enquanto as resistências ativa e indutiva dos enrolamentos principal e auxiliar têm valores diferentes.

Em enrolamentos assimétricos, o número de slots ocupados por cada enrolamento varia significativamente. Portanto, os enrolamentos principal e auxiliar possuem números de voltas diferentes. Um exemplo típico é o enrolamento 2/3-1/3 (Fig. 3), no qual 2/3 das ranhuras do estator são ocupadas pelo enrolamento principal e 1/3 pelo enrolamento auxiliar.

projeto. A Figura 4 mostra uma seção transversal de um motor com dois enrolamentos concentrados ou de bobina localizados nos pólos do estator.

Cada enrolamento (principal 1 e auxiliar 2) é formado por duas bobinas localizadas em pólos opostos. As bobinas são colocadas nos postes e inseridas na forquilha da máquina, que neste caso tem formato quadrado. Na lateral do entreferro de trabalho, as bobinas são sustentadas por projeções especiais que desempenham a função de sapatas polares 3. Graças a elas, a curva de distribuição da indução do campo magnético no entreferro de trabalho se aproxima de uma senóide. Sem essas saliências, o formato da curva indicada é quase retangular. Tanto um capacitor quanto um resistor podem ser usados ​​como elemento de mudança de fase para tal motor. Também é possível curto-circuitar o enrolamento auxiliar. Neste caso, o motor é convertido em uma máquina assíncrona de pólo sombreado.

Motores de pólo sombreado são mais frequentemente usados ​​devido à sua simplicidade de projeto, alta confiabilidade e baixo custo. Esse motor também possui dois enrolamentos no estator (Fig. 5).

O enrolamento principal 3 é feito em forma de bobina e conectado diretamente à rede de alimentação. O enrolamento auxiliar 1 está em curto-circuito e contém de uma a três espiras por pólo. Cobre parte do poste, o que explica o nome do motor. O enrolamento auxiliar é feito de fio de cobre redondo ou plano com seção transversal de vários milímetros quadrados, que é dobrado em voltas de formato adequado. As extremidades do enrolamento são então conectadas por soldagem. O rotor do motor é tipo gaiola de esquilo e aletas de resfriamento são fixadas em suas extremidades, o que melhora a remoção de calor dos enrolamentos do estator.

As opções de projeto para motores de pólo sombreado são mostradas nas Figuras 6 e 7.

Em princípio, o enrolamento principal pode estar localizado simetricamente ou assimetricamente em relação ao rotor. A Figura 6 mostra o projeto de um motor com enrolamento principal assimétrico 5 (1 - furo de montagem; 2 - derivação magnética; 3 - enrolamento em curto-circuito; 4 - furos de montagem e ajuste; 6 - moldura do enrolamento; 7 - garfo). Tal motor tem uma dissipação significativa do fluxo magnético no circuito magnético externo, portanto sua eficiência não excede 10-15% e é fabricado para uma potência não superior a 5-10 W.

Do ponto de vista da capacidade de fabricação, um motor com enrolamento principal localizado simetricamente é mais complexo. Em motores com potência de 10-50 W, é utilizado um estator composto (Fig. 7, onde: 1 - anel de forquilha; 2 - anel em curto-circuito; 3 - pólo; 4 - rotor com enrolamento em gaiola de esquilo; 5 - derivação magnética). Devido ao fato de os pólos do motor serem cobertos por uma forquilha e os enrolamentos estarem localizados dentro do sistema magnético, os fluxos de fuga magnética aqui são significativamente menores do que no projeto da Fig. A eficiência do motor é de 6 a 15%.

Para alterar a velocidade de rotação de um motor de pólo sombreado, é utilizado um circuito de pólo cruzado (Fig. 8). Implementa simplesmente a comutação do número de pares de pólos do enrolamento do estator, para alterar o que basta ligar os enrolamentos conectados em direções opostas. Os motores de pólo sombreado também utilizam o princípio de controle de velocidade, que consiste em comutar as bobinas do enrolamento de uma conexão em série para uma conexão paralela.

Micromotores síncronos

Motores síncronos com alimentação monofásica são utilizados em relógios, contadores, relés de tempo, sistemas de regulação e controle, instrumentos de medição, equipamentos de gravação de som, etc. Em um motor síncrono, é criado um campo magnético rotativo, cuja velocidade de rotação é constante e não depende de mudanças na carga. Como um motor de indução monofásico, um motor síncrono produz um campo magnético rotativo elíptico. Quando sobrecarregados, os micromotores síncronos ficam fora de sincronia. Depois de aplicar tensão de alimentação a eles, é necessário criar condições sob as quais o motor acelere e entre em sincronismo. Existem motores síncronos de relutância, histerese, bem como motores excitados por ímãs permanentes.

Motores a jato

Com potência de até 100 W, um motor síncrono é feito com dois enrolamentos - o principal e o auxiliar, e um capacitor de mudança de fase é conectado em série com este último. O estator de um motor de relutância síncrono não é estruturalmente diferente do estator de um motor assíncrono. No rotor de um motor síncrono existe um enrolamento em curto-circuito (“gaiola de esquilo”), que garante uma partida confiável do micromotor síncrono. Para uma velocidade de rotação próxima da síncrona, o motor acelera como assíncrono e então é automaticamente colocado em sincronismo, e o rotor continua a girar a uma velocidade síncrona. O projeto do rotor de um motor síncrono é mostrado na Fig.

Ao longo de sua circunferência existem ranhuras com passo uniforme (Fig. 9, a), e a profundidade das ranhuras é 10-20 vezes maior que o comprimento do entreferro de trabalho. O alumínio é derramado nessas ranhuras, e as hastes do enrolamento do rotor assim formadas são curto-circuitadas usando anéis de alumínio soldados em ambos os lados às extremidades das hastes. Para o mesmo valor de potência reativa consumida da rede, o torque útil no eixo de um motor síncrono é duas vezes menor que o torque no eixo de um motor assíncrono. A eficiência e o custo de um motor síncrono também são piores que os de um assíncrono. Isso é explicado pelo fato de que o entreferro de trabalho de um motor síncrono é maior que o de um motor assíncrono.

Ao alterar a condutividade de seções individuais do circuito magnético do motor, é possível direcionar o fluxo magnético na direção desejada. Isto pode ser conseguido usando cavidades especiais em um material magnético macio preenchido com liga de alumínio. A Figura 9b mostra um rotor bipolar feito de maneira semelhante. Neste caso, o comprimento do entreferro de trabalho, como o de um motor assíncrono, permanece inalterado ao longo de toda a circunferência do estator. A potência de tal motor síncrono é próxima da potência de um motor assíncrono com alimentação monofásica.

Motores de histerese

Em termos de projeto, o estator de um motor de histerese não difere dos estatores dos motores anteriormente considerados (relutância assíncrona, síncrona). Em baixa velocidade de rotação de um motor de histerese, seu estator é feito de pólos em forma de garra (Fig. 10).

Contém uma bobina 1 com enrolamento, cujas bobinas se alternam ao longo da circunferência do estator, formando assim uma sequência de eletroímãs com polaridade alternada (NSNS...); 2 - postes em forma de garra; 3 - bucha de material sintético; 4 - fluxo de fuga, 5 - fluxo magnético útil; 6 - rotor; 7 - enrolamento de anel; 8 - quadro de enrolamento. Placas são instaladas nas laterais das bobinas para fechar o fluxo magnético. Quando o enrolamento do estator é conectado à rede de alimentação, um campo magnético multipolar é criado no entreferro de trabalho.

A Figura 11 mostra quatro pólos localizados um atrás do outro (1 - norte principal; 2 - norte auxiliar; 3 - anel em curto-circuito; 4 - enrolamento de excitação do anel; 5 - pólo sul principal; 6 - pólo sul auxiliar). Os anéis (ou enrolamentos) em curto-circuito, localizados concentricamente em relação à bobina do enrolamento do estator, possuem diferentes coeficientes de acoplamento com os pólos principal e auxiliar. Assim, é garantida uma mudança de fase dos fluxos magnéticos dos pólos indicados, cuja consequência é o aparecimento de um campo magnético rotativo elíptico.

O rotor possui um anel feito de material ferromagnético com um amplo circuito de histerese. A força coercitiva deste material deve ser menor que a dos materiais magnéticos duros usados ​​para fazer ímãs permanentes. Caso contrário, será necessário um poderoso campo magnético para remagnetizar o anel. O anel do rotor possui janelas, cujo número corresponde ao número de pólos do estator, o que garante a rotação síncrona do rotor devido ao torque reativo.

Motores com excitação de ímã permanente

Um motor síncrono contendo um rotor feito de ímãs permanentes é estruturalmente semelhante a um motor com pólos em forma de garra (ver Fig. 10). A principal vantagem de um motor de ímã permanente sobre os motores de histerese é que o torque que ele desenvolve com as mesmas dimensões é 20-30 vezes maior que o torque de um motor de histerese. Além disso, os motores de ímã permanente são mais confiáveis. Para dar partida no motor, o rotor deve ser acionado, portanto a carga não deve ser fixada ao eixo por meio de uma conexão rígida. Os motores de baixa potência contêm um rotor com um anel de ímã permanente de ferrite que, com um pequeno número de pólos, é magnetizado na direção radial.

Com grande número de pólos, o rotor é magnetizado no sentido axial e possui pólos em forma de garra (Fig. 12), onde 1 anel é feito de ímã permanente; 2 - bucha. O projeto do estator usado em motores de alta potência praticamente não difere do projeto do estator de um motor assíncrono com enrolamento distribuído. Os designs do rotor são muito diversos.

A Figura 13 mostra três opções de projeto para motores síncronos de quatro pólos excitados por ímãs permanentes. 13, a, ferrita de bário é usada para motores, na Fig. 13, b - uma liga à base de um composto de elementos de terras raras e cobalto, na Fig. 13, c - liga de alnico (1 - enrolamento em gaiola de esquilo; 2 - ímãs permanentes; 3 - derivações magnéticas).

Para garantir a partida assíncrona, todos os rotores possuem enrolamento de haste em curto-circuito, como em um motor assíncrono.

Motores universais

Os motores comutadores com excitação em série são chamados de universais porque podem operar em uma rede CC ou CA. Eles formam o grupo mais importante de micromáquinas. A rotação do motor não depende da frequência da tensão de alimentação, pelo que estes motores, ao contrário dos assíncronos, podem ter uma velocidade de rotação superior a 3000 rpm. A vantagem dos motores universais é a facilidade de controle de velocidade por meio de derivações do enrolamento de campo em série ou controle de fase por meio de triacs. Como desvantagem, podemos notar o custo mais elevado de um motor universal em relação a um assíncrono, devido à presença de um enrolamento no rotor e de um conjunto escova-comutador (que também gera ruído adicional e se desgasta rapidamente).

projeto. Os motores universais têm um design bipolar. Para reduzir as perdas por correntes parasitas, os circuitos magnéticos do estator e do rotor são laminados.

A Figura 14 mostra diversas opções de projeto para o estator do motor: Figura 14, a - estator com enrolamentos feitos à máquina; Figura 14, b - estator com enrolamento de campo, fabricado e colocado manualmente; Figura 14,c - estator com dois enrolamentos de campo remoto; 14, d - estator com um enrolamento de excitação remota. O enrolamento do estator (excitação) de um motor universal geralmente consiste em duas seções ou bobinas, entre as quais existe uma armadura, cujo enrolamento é conectado em série com o enrolamento de campo. Os enrolamentos da armadura podem ser enrolados com fio duplo. Quando as ranhuras do rotor são retangulares, as bobinas são colocadas paralelamente umas às outras. O enrolamento da armadura consiste em dois ramos paralelos ao longo dos quais é distribuída a corrente do motor que passa pelas escovas.

Em um motor universal, atenção especial deve ser dada ao conjunto coletor-escova.

Os designs de porta-escovas mais comumente usados ​​​​são mostrados na Fig. 15, a, b, os designs da Fig. 15, c, d são mais baratos e são usados ​​​​em motores menos potentes; A Fig. 15, d mostra uma escova com fusíveis (1 - tampa; 2 terminais; 3 - suporte; 4 - escova; 5 coletor; 6 - bobina de filtro; 7 eixos de rotação; 8 - anel; 9 - gancho; 10 - lamela de cobre; 11 - ranhura; 12 - isolador; 13 - terminal; 14 - mola; 15 niple dielétrico). O corpo da escova possui uma cavidade cilíndrica. O desenho da escova (Fig. 15e) é tal que quando a escova é acionada até o final da cavidade, o bico repousa contra a superfície do comutador. Como o bico é feito de material isolante, o contato da escova com o comutador é quebrado e a continuação da operação do motor torna-se impossível.

Características do trabalho em corrente contínua. Quando o motor opera em rede de corrente contínua, a queda de tensão nos enrolamentos de armadura e de excitação depende apenas de sua resistência ativa, portanto, sendo outras coisas iguais, a tensão, a corrente, o fluxo magnético e a fem no enrolamento da armadura são maiores que quando alimentado por uma rede de corrente alternada. Isso leva a uma mudança na velocidade do motor. Se, quando alimentado por redes de corrente contínua e alternada, for necessário que o motor opere na mesma velocidade, então no modo corrente contínua o motor deverá ter um número maior de voltas no enrolamento de campo.

Controle de velocidade. Se você tirar conclusões adicionais no enrolamento de excitação, ao trocá-los você poderá alterar a frequência de rotação (Fig. 16, a). À medida que o número de voltas diminui, a velocidade de rotação aumenta. O segundo método é instalar um resistor variável em série com os enrolamentos do motor (Fig. 16b). À medida que a resistência do resistor aumenta, a velocidade do motor diminui. O terceiro método é usar um transformador de controle (Fig. 16, c). Aumentar a tensão de alimentação leva a um aumento na rotação do motor. O quarto método é desviar o enrolamento da armadura com um resistor variável (Fig. 16d). À medida que a resistência do resistor diminui, o número de revoluções também diminui. Este método é bom porque quando a carga é eliminada, o motor não acelera.

O ajuste preciso da velocidade de rotação pode ser obtido em um circuito triac eletrônico (Fig. 17). O triac “corta” parte do meio ciclo da tensão alternada. Para inverter o motor é necessário alterar a polaridade da conexão do enrolamento da armadura ou do enrolamento de campo.

Estabilização de velocidade. Os motores universais têm uma característica mecânica muito suave, ou seja, forte dependência da velocidade de rotação do torque da carga. Para estabilizar a velocidade de rotação sob cargas variáveis, em particular, são utilizados reguladores mecânicos. Por exemplo, você pode usar uma chave centrífuga, cujo contato é conectado em paralelo com um resistor adicional. Este método garante a estabilidade da velocidade de rotação dentro de 1%, mas apenas para o valor de velocidade para o qual a chave centrífuga foi projetada. Portanto, reguladores eletrônicos estão sendo cada vez mais utilizados.

Em reguladores eletrônicos (Fig. 17), por exemplo, o EMF do enrolamento da armadura é usado como um sinal de feedback proporcional ao valor real da velocidade de rotação. À medida que este valor aumenta, o ângulo de controle do triac aumenta, o que leva a uma diminuição na rotação do motor. A precisão da estabilização com este método é de 10%. Existem métodos mais complexos (mas também mais caros).

Motores DC com excitação de ímã permanente

Atualmente, esses motores são produzidos principalmente com tensão de alimentação de 12 V e são utilizados em acionamentos de automóveis, máquinas de escrever, equipamentos médicos e domésticos.

Construções Os motores de ímã permanente são muito diversos. Isto se deve aos diferentes requisitos de desempenho e custo dos motores.

18a mostra os elementos estruturais de motores simples e baratos com ímãs de anel feitos de compostos de ferrite (1 - segmentos magnéticos; 2 - rotor; 3 - pacote de estator; 4 - pólos; 5 - ímã de anel; 6 - magnetização radial; 7 - magnetização diametral; 8 - ímã retangular). Esses ímãs são magnetizados na direção radial ou axial. A carcaça do motor é feita de material magnético macio laminado, em forma de cilindro ou de pote alongado. A caixa serve para fechar o fluxo magnético dos ímãs permanentes. O conjunto do rotor é feito de chapas de aço elétrico sem aditivos de silício (1 mm de espessura). O rotor está localizado em mancais autocompensadores e contém um pequeno número de ranhuras, o que reduz o custo do enrolamento da armadura.

A Fig. 18b mostra elementos de projetos de motores de ímã permanente mais caros (onde 9 são pólos; 10 são sapatas polares). Eles usam materiais magnéticos duros alnico (Al, Ni, Co) e ímãs feitos de metais de terras raras. Esses motores têm um corpo maciço e o rotor é feito de aço elétrico de alta qualidade. A eficiência desses motores ultrapassa 80%. Ligando o motor. Se um motor DC recebe energia de uma bateria, então, se necessário, regular sua velocidade de rotação, são utilizados reguladores de pulso (Fig. 19, a, onde U é a tensão de alimentação; Um tensão de pulso; Ra, La e Ui são, respectivamente , resistência ativa, indutância e enrolamento de armadura EMF; Фр - fluxo magnético do pólo).

A Figura 19b mostra a forma da tensão Um e da corrente i(t) no motor. A rotação do motor é diretamente proporcional ao ciclo de trabalho dos pulsos de tensão ativados por meio de um tiristor ou transistor potente.

O motor DC é alimentado pela rede AC através de um retificador conectado através de um circuito de ponte monofásico (Fig. 20). Neste caso, a velocidade de rotação pode ser controlada da maneira descrita acima.

Outra possibilidade de controlar a velocidade é utilizar escovas com posição ajustável em relação à armadura. A tensão de alimentação pode ser fornecida às escovas localizadas no neutro geométrico (a-a) ou a uma dessas escovas e a uma escova adicional a' (Fig. 21), localizada em um ângulo β em relação à segunda escova. Nestes dois casos, a relação entre as velocidades do motor tem a forma

n₀/n = 2/(1 + cosβ).

Motores DC com rotor não magnético. Em servomotores e motores de dispositivos de automação, muitas vezes são impostos requisitos maiores aos valores das constantes de tempo eletromagnéticas ou eletromecânicas, que devem ser tão pequenas quanto possível. Para resolver este problema, foram desenvolvidos dois tipos de projetos de motores: 1) ocos ou em forma de sino; 2) com rotor de disco. Os primeiros são produzidos com potência de 1 a 20 W, os últimos - com potência superior a 20 W.

Nos motores com rotor oco, este último é feito em forma de vidro de material isolante elétrico sintético, em cuja superfície é fixado o enrolamento (Fig. 22, onde 1 - comutador; 2 - escova; 3 - carcaça; 4 - camada superior do enrolamento; 5 - camada inferior do enrolamento). O rotor gira no campo magnético de ímãs permanentes instalados no estator e formando um sistema de excitação de dois ou quatro pólos.

Nos motores com rotor de disco, este último tem o formato de um disco no qual estão localizados ímãs anulares ou segmentados, criando um fluxo magnético na direção axial (Fig. 23, onde 1 escova; 2 - ímãs cilíndricos e anulares; 3 - rotor de disco).

Os ímãs podem estar localizados em ambos os lados do disco do rotor. Nos motores de baixa potência, o disco do rotor é feito de material isolante elétrico com enrolamento impresso ou estampado. O torque no eixo do motor praticamente não muda, pois o enrolamento está localizado uniformemente ao longo da circunferência do rotor. Portanto, esses motores são mais adequados para acionamentos elétricos que exigem a manutenção de uma velocidade estável. Esses motores não necessitam do comutador usado nos motores CC convencionais porque as escovas deslizam sobre as extremidades dos condutores do enrolamento impresso. Em motores de maior potência, é utilizado um rotor com um enrolamento preenchido com um composto especial para fixá-lo ao rotor. Esses motores têm um design múltiplo convencional.

Motores BLDC

Nos microdrives modernos, exigências cada vez mais rigorosas são impostas aos motores. Por um lado, devem ter alta confiabilidade e simplicidade de projeto de motores assíncronos, por outro lado, simplicidade e ampla faixa de controle de velocidade para motores CC. Motores com circuitos de controle eletrônico, ou motores sem escovas, atendem plenamente a esses requisitos. Ao mesmo tempo, não apresentam as desvantagens dos motores assíncronos (consumo de potência reativa, perdas no rotor) e síncronos (pulsação da velocidade de rotação, perda de sincronismo).

Os motores comutados são máquinas CC sem contato excitadas por ímãs permanentes com um estator de enrolamento único ou múltiplo. A comutação dos enrolamentos do estator é realizada dependendo da posição do rotor. O circuito de controle eletrônico inclui sensores especiais de posição do rotor. Os motores de válvula são utilizados em instrumentos e aparelhos de alta qualidade, por exemplo, em acionamentos elétricos de gravadores e videogravadores, em equipamentos de medição, bem como naqueles acionamentos elétricos em que é necessário garantir o posicionamento de alta precisão do rotor e o elemento de trabalho associado. Nesta capacidade, eles competem com sucesso com motores de passo.

Nos motores CC com comutadores, o fluxo magnético de excitação tem a mesma direção e é estacionário no espaço. A força de magnetização do enrolamento da armadura Θ2 está localizada em um ângulo de 90° em relação ao fluxo de excitação magnética Ф₁ (Fig. 24). Graças ao comutador, o ângulo de 90° mantém o seu valor mesmo quando o rotor gira.

O motor do rotor possui ímãs permanentes no rotor que criam um fluxo de excitação magnética, e o enrolamento da armadura está localizado no estator (Fig. 25, a - na posição original; b - quando girado em um ângulo α). O enrolamento do estator é alimentado de tal forma que entre sua força de magnetização Θ1 e o fluxo de excitação Ф₂ o ângulo é mantido em 90°. Com um rotor giratório, esta posição pode ser mantida ao trocar os enrolamentos do estator. Neste caso, os enrolamentos do estator devem mudar em determinados momentos e com uma determinada sequência.

A posição do rotor é determinada, por exemplo, usando um sensor Hall. O sensor de posição controla a operação de interruptores eletrônicos (transistores). Assim, sem um circuito eletrônico, a operação de um motor de válvula é impossível. À medida que o número de enrolamentos do estator aumenta, a complexidade do circuito de controle eletrônico aumenta. Portanto, esses motores geralmente não usam mais do que quatro enrolamentos. Projetos de motores baratos contêm um único enrolamento.

O diagrama de um motor de enrolamento único é mostrado na Fig. Existe um enrolamento 26 no estator, que é conectado à tensão de alimentação por meio do transistor VT1 (Fig. 1b). O rotor do motor é feito de um ímã permanente e possui um par de pólos. O sinal de controle para a base do transistor é fornecido pelo sensor Hall HG. Se este sensor entrar em um campo magnético, por exemplo, um ímã adicional, então uma tensão Un aparece em sua saída, que liga o transistor. O transistor só pode estar aberto ou fechado.

A Figura 27,a mostra a localização do sensor Hall e do ímã adicional (seção transversal ao longo do eixo) e a Figura 27,b - ao longo do eixo. O sensor Hall responde ao pólo norte do ímã adicional (N).

A Figura 28, a mostra um diagrama estrutural de um motor de dois enrolamentos.

O estator possui dois enrolamentos 1 e 2, através dos quais fluem correntes de sinais opostos ou os enrolamentos têm direções de enrolamento opostas. Os enrolamentos são comutados por meio dos transistores VT1 e VT2 (Fig. 28b). Para isso, o sensor Hall deve ter duas saídas, em uma aparece um pulso quando o pólo norte de um ímã adicional passa, na outra - quando passa pelo pólo sul. Este modo também pode ser implementado em um motor de enrolamento único, mas para isso são necessárias duas fontes de alimentação e dois transistores. Nesse caso, fala-se de um motor de enrolamento único com alimentação bipolar.

A Figura 29a mostra um diagrama de um motor de três enrolamentos. Seu estator possui três enrolamentos (1, 2, 3), localizados ao longo de sua circunferência formando um ângulo de 120° entre si. Cada um dos enrolamentos é conectado à fonte de energia através de uma chave de transistor separada. Três sensores Hall são usados ​​para controlar os transistores. A corrente flui através de cada enrolamento durante um terço do período. Esta corrente pulsada possui uma componente constante, que não cria torque, mas aumenta as perdas de aquecimento dos enrolamentos. Um motor de três enrolamentos pode ser ligado usando um circuito de onda completa, que contém seis transistores (Fig. 29, b).

Um motor com quatro enrolamentos de estator é relativamente barato porque utiliza apenas dois sensores Hall com quatro transistores, simplificando o circuito de controle. Os enrolamentos 1-4 (Fig. 30, a, b) estão localizados no estator em um ângulo de 90°. Os sensores Hall são excitados pelos ímãs permanentes do rotor do motor. Existem duas maneiras de controlar o motor: com comutação de 90 graus e 180 graus. Com a comutação de 90 graus, a corrente flui através de apenas um dos quatro enrolamentos a qualquer momento.

O circuito de controle do motor é mostrado na Fig. 31, e a localização dos ímãs de controle e sensores Hall é mostrada na Fig. Com este arranjo, os transistores são ligados na seguinte ordem: VT32, VT1, VT3, VT2.

Com comutação de 180 graus, o projeto do motor é o mesmo, mas em cada um dos quatro enrolamentos a corrente flui durante meio ciclo, o que leva à sobreposição de correntes nos enrolamentos. Os sensores Hall não operam com ímãs permanentes, mas com um rotor magnetizado. Portanto, o formato da tensão de saída dos sensores Hall é cosseno, e os transistores VT1-VT4 operam não em modo pulsado, mas em modo linear. O modo de comutação de 180 graus também pode ser implementado em um motor de dois enrolamentos se dois transistores com duas fontes de energia estiverem conectados ao circuito de cada enrolamento.

Para manter um determinado valor da velocidade de rotação de um motor de válvula, você pode usar o diagrama da Fig.

A EMF do enrolamento do estator, que é proporcional à velocidade do rotor, é usada como sinal de feedback. Um circuito de seleção de tensão máxima é montado usando diodos. Dos quatro diodos, apenas um está aberto, que atualmente possui a tensão mais alta. O resultado é um retificador quadrifásico, seu componente DC da tensão de saída é proporcional à velocidade de rotação. Na entrada do transistor VT6 está conectado o capacitor C6, que suaviza as ondulações do retificador. À medida que a velocidade de rotação aumenta, a corrente do transistor VT6 aumenta, o que leva a uma diminuição da corrente no transistor VT5, o que significa que a corrente das saídas dos sensores Hall para os transistores VT1-VT4 diminui. Isso leva a uma diminuição na velocidade do motor.

Motores de passo

Existem muitos dispositivos e aparelhos nos quais o acionamento elétrico é encarregado da tarefa de posicionar com rapidez e precisão uma determinada unidade ou elemento de trabalho. Nestes casos, são utilizados motores elétricos com movimento de rotor discreto (escalonado). Um motor que converte impulsos elétricos em mecânicos é chamado de motor de passo.

Além do motor de passo, o acionamento elétrico de passo inclui uma unidade de controle eletrônico (Fig. 34), onde 1 é o ponteiro de ajuste; 2 - circuito de controle; 3 - unidade eletrônica ou microprocessador; 4 - interruptor; 5 - bloco de potência; 6 - fonte de alimentação; 7 - motor). Os motores de passo operam principalmente com base no princípio de um motor síncrono, portanto, também apresentam desvantagens semelhantes - a possibilidade de sair do sincronismo e a tendência do rotor a oscilar ao executar um degrau.

projeto. Um motor de passo consiste em vários motores, cujos enrolamentos têm direções de enrolamento direto e reverso. Como os enrolamentos estão distribuídos uniformemente ao redor da circunferência do estator, o rotor segue os enrolamentos comutados sequencialmente (Fig. 35). O rotor é feito de material magneticamente duro ou magneticamente macio, bem como uma combinação de ambos. Nos dois últimos casos, existem dentes no rotor. Na Fig. 35, b, cada parte do rotor possui quatro dentes. Com vários pacotes m e pólos 2p, o rotor dá z passos z = 2pm por revolução. O número de passos determina o tamanho do passo ao longo do ângulo αt; = 2p/z. O projeto da Fig. 35b tem m = 3 e 2ð = 4, o que corresponde a z = 12 e α = 30°.

O modo de operação com comutação de enrolamentos únicos é denominado modo passo completo. No entanto, é possível ligar simultaneamente dois enrolamentos adjacentes no projeto da Fig. neste caso, o rotor gira meio passo. Este modo é chamado de modo de passo fracionário. Neste caso, o coeficiente k deve ser introduzido na expressão para z, levando em consideração o modo de funcionamento do motor. Para o modo de passo completo k = 35, para o modo de passo fracionário k = 1. O fracionamento do passo permite reduzir o número de enrolamentos, simplificar o circuito de controle e reduzir o custo do acionamento elétrico.

Além de aumentar o número de enrolamentos, o passo pode ser reduzido aumentando o número de pólos ou dentes do rotor. Neste caso, são colocadas exigências crescentes na precisão da fabricação do rotor. Além disso, um rotor multipolar é muito mais difícil de magnetizar. Portanto, não só o rotor, mas também o estator são feitos com engrenagens (Fig. 36).

O estator e o rotor apresentam algumas diferenças no número de dentes. Os dentes “extras” do rotor estão localizados entre os pólos do estator. Neste projeto também é possível implementar modos de passo completo e fracionário. Se correntes de um determinado valor passarem pelo enrolamento do estator, então, em princípio, é possível obter qualquer etapa, mas isso levará a uma complicação significativa da unidade de controle. As caixas de engrenagens também podem ser usadas para reduzir o passo. Nesse caso, o torque no eixo do mecanismo acionado em rotação aumenta e seu momento de inércia diminui, e o atrito na caixa de engrenagens ajuda a amortecer as oscilações do rotor do motor de passo. Mas o uso de uma caixa de câmbio leva a um aumento no erro de passo.

Um motor com rotor de ímã permanente é chamado de motor de rotor ativo (motor PM). Um motor cujo rotor é feito de um material magnético macio é chamado de motor de rotor de relutância (motor VR). Este motor deve ter pelo menos três enrolamentos, enquanto em um motor PM basta ter dois enrolamentos. Além disso, existem projetos que combinam as características dos motores de rotor ativo e reativo. Nestes projetos híbridos, o rotor de ímã permanente também possui dentes.

A comparação de três tipos de motores de passo é mostrada na Tabela 1

Tabela 1

Os motores de passo podem fornecer não apenas movimento rotacional, mas também translacional do mecanismo de acionamento elétrico. Esses motores de passo são chamados de lineares. Eles são usados, por exemplo, para posicionar vários dispositivos no plano XY, com o movimento ao longo de cada coordenada realizado por meio de um enrolamento separado. Além dos motores de passo lineares eletromagnéticos, existem os piezoelétricos. A Figura 37a mostra um diagrama desse motor. Seu design inclui dois eletroímãs M1 e M2 (1), que podem deslizar ao longo de uma viga de aço 4, e um cabo piezoelétrico 3.

O projeto do cabo piezoelétrico é ilustrado na Fig. Se for aplicada tensão aos eléctrodos 37, então dependendo da sua polaridade, os elementos do cabo 2 irão comprimir ou esticar. Quando a tensão é aplicada aos enrolamentos dos eletroímãs, eles serão fixados na viga de aço. A Figura 5,c mostra a sequência de pulsos de tensão fornecidos aos enrolamentos dos eletroímãs e aos eletrodos do cabo piezoelétrico, bem como o processo de movimentação dos eletroímãs.

Circuitos de controle. A Figura 38 mostra circuitos de controle para motores de passo, nos quais são implementados dois métodos principais de controle - unipolar e bipolar. Com controle unipolar (Fig. 38, a), é utilizado um motor de passo de dois pacotes, em cada pacote de estatores A e B dos quais existem dois enrolamentos A1, A2 e B1, B2. Os enrolamentos de cada pacote formam um par de pólos e criam uma força magnetizante de diferentes sinais.

A Figura 39 mostra o diagrama de conexão de um motor com rotor híbrido. O enrolamento do anel de cada pacote do estator com pólos em forma de garra contém dois semi-enrolamentos.

O circuito de controle da Fig. 38a é simples, mas ao mesmo tempo o aproveitamento do motor se deteriora, pois apenas um dos dois enrolamentos do estator está em operação. Com o controle bipolar (Fig. 38, b), o uso do motor aumenta, embora ao mesmo tempo o circuito de controle se torne mais complicado. Portanto, este método de controle é utilizado em motores elétricos com requisitos aumentados para parâmetros de peso e tamanho.

Controle motor

As equações que descrevem o motor para cada fase são as seguintes:

Vm = Rm Im + Em;

Em=K₁w;

M=K₂Eu estou,

onde Vm é a tensão fornecida; Im - consumo atual; Em - tensão de autoindução; Rm - resistência do enrolamento; M momento de força no eixo; w - velocidade angular de rotação do rotor; PARA₁ e K₂ - coeficientes de proporcionalidade.

Assim, para cada fase da tensão fornecida, o motor é representado por um circuito equivalente composto por um resistor e uma fonte de tensão conectados em série. O resistor representa a resistência dos enrolamentos, a fonte de tensão representa a tensão de autoindução dos enrolamentos (Fig. 40).

Os motores operam em um dos dois modos. No primeiro modo, a rotação do motor é definida pela frequência da tensão fornecida a ele. No segundo modo, o próprio motor, trocando os enrolamentos com escovas ou trocando os enrolamentos com base nos sinais dos sensores de posição, define a velocidade de rotação dependendo da tensão aplicada e da carga no eixo. O controle dos motores CC se resume a fornecê-los com a tensão necessária de uma determinada polaridade, pois o valor da tensão determina a velocidade e a polaridade determina o sentido de rotação. Um circuito típico do estágio de saída e a operação dos comandos de controle são mostrados na Fig.

O circuito de controle envia sinais F (para frente) - para frente e R (para trás) - para trás. Quando esses sinais são aplicados, a polaridade da tensão aplicada ao motor muda. Se esses comandos forem aplicados simultaneamente (F = R = 1) ou removidos (F = R = 0), o motor funcionará no modo de frenagem ou no modo de parada. A diferença entre eles é que durante o modo de frenagem o motor fica praticamente em curto-circuito. No modo stop, o motor opera em condições próximas da marcha lenta, ou seja, gira por inércia. O motor para mais rapidamente durante a frenagem, pois a energia cinética armazenada no rotor é dissipada na resistência do enrolamento.

Como pode ser visto na Figura 41, a tensão aplicada ao motor não pode ser maior que a tensão no pino Vc (controle de tensão). A tensão neste pino não é linear, mas está monotonicamente relacionada à tensão do motor, por isso é usada para controle de velocidade.

A Figura 42 mostra o uso do microcircuito ROHM BA6219B para controlar o motor DC do eixo de acionamento do videocassete. Aqui, como acima, os comandos F e R especificam o sentido de rotação. Eles são fornecidos por um microcomputador que controla o mecanismo de acionamento da fita, a tensão de controle Vc é gerada no servoprocessador

Controle de motor de passo

Para um motor de passo, a rotação em um ângulo mínimo (passo) é realizada quando a fase da tensão de alimentação muda. Para um motor com p pares de pólos, o degrau é igual a π/(np). Por conveniência de especificar o número de etapas em código binário, o número de enrolamentos é escolhido igual a uma potência de 2 (geralmente 4). As tensões das ondas viajantes que criam o campo magnético rotativo são geradas a partir de sinais fornecidos digitalmente à entrada do circuito de controle. Uma característica do funcionamento de um motor de passo é que após girar em um determinado ângulo, o rotor deve manter sua posição ocupada, ou seja, a corrente deve fluir através dos enrolamentos. Portanto, os enrolamentos são alimentados por corrente e não por tensão. Uma versão visual do estágio de saída do circuito de controle do motor de passo é mostrada na Fig.

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Os sinais digitais D0 e D1, a partir dos quais são formadas as tensões das ondas viajantes, são gerados por um contador reversor CT2. O comando de escrita WR carrega o contador com o número de passos NS. O contador conta até que seu conteúdo seja igual a zero. Neste momento, surge zero na saída de transferência P, e a contagem é interrompida, pois o sinal P fecha a válvula que fornece pulsos da frequência escalonada FS para a entrada de contagem do contador. A frequência de estimulação é geralmente gerada a partir da frequência do clock por um contador ou temporizador. O sinal FR especifica o sentido de contagem e, portanto, o sentido de rotação do motor. O sinal STOP é usado para parar o motor.

Os circuitos de controle práticos possuem uma lógica de controle mais extensa, um estágio de saída em ponte e geralmente contêm um limitador de corrente por largura de pulso. A lógica de controle geralmente é complementada com sinais de inibição e rotação de fase. Um estágio de saída em ponte é instalado para alterar a direção da corrente no enrolamento do motor quando alimentado por uma fonte unipolar. O comando de rotação de fase altera o sentido da corrente: dependendo do seu valor, operam os transistores de apenas uma das diagonais do estágio de saída. O limitador de corrente por largura de pulso serve para reduzir a potência dissipada pelo estágio de saída.

O projeto de um circuito típico de controle de motor de passo é mostrado na Fig. 44 (apenas um estágio de saída).

A entrada de controle de polaridade P abre a válvula G1 ou G2, portanto o sinal digital da entrada IN1 (entrada fase 1) abre os transistores de apenas uma das diagonais da ponte: T1, T4 em P = 1 e T2, T3 em P = 0. A polaridade da tensão muda de acordo, aplicada ao enrolamento do motor. O limitador de largura de pulso consiste em um resistor de medição de corrente, um comparador e um temporizador. O temporizador consiste em um diodo, um circuito RC e um gatilho Schmitt. O limitador estabiliza a corrente no enrolamento no nível Imax =Vref/Rs como segue. Suponhamos que em um determinado momento P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (o capacitor do circuito temporizador RC está descarregado), a tensão no resistor de medição de corrente Rs é menor que Vref: IL Rs < Vref (IL é a corrente através da indutância do enrolamento). Neste caso, os transistores T1 e T4 estão abertos e a corrente IL aumenta gradativamente até Imax. Após o comparador ser acionado, o capacitor do circuito temporizador RC será carregado através do diodo D. Durante o tempo Tm (duração da descarga do capacitor), os transistores T1 e T4 fecharão. Durante esse tempo, uma tensão de polaridade reversa é aplicada ao enrolamento e a corrente diminui na quantidade dI = VL(Tm/L). VL = Vm - tensão no enrolamento, L - indutância do enrolamento do motor. Após o término do pulso do temporizador, os transistores T1 e T4 abrirão e a polaridade da tensão no enrolamento mudará novamente. A corrente no enrolamento começará a aumentar novamente, e aumentará na quantidade dI quase ao mesmo tempo Tm, pois durante a diminuição da corrente a tensão no enrolamento é quase a mesma que durante o aumento. Portanto, a corrente média Iw no enrolamento é Iw = Imax - dI/2.

O motor de passo pode ser configurado para operar em modo de roda livre, então sua velocidade será determinada pela tensão aplicada e pela carga no eixo. Para isso, é necessário que os pulsos a partir dos quais são formadas as tensões das ondas viajantes sejam gerados em função do ângulo de rotação do rotor, ou seja, sua posição. O projeto e a operação do circuito de controle do motor de passo no modo de roda livre são mostrados na Fig.

Para maior clareza, o motor em questão possui um par de pólos de rotor e dois enrolamentos de estator. Os enrolamentos são conectados através de resistores limitadores de corrente, as tensões dos sensores são fornecidas às entradas dos gatilhos Schmitt. A Figura 45,c mostra todas as quatro combinações possíveis de sinais de corrente nos enrolamentos e as posições correspondentes do rotor. Eles estão localizados em um ângulo de 45° com a vertical, exatamente oposto aos sensores de posição. Quando o rotor está próximo ao sensor, o gatilho correspondente é acionado, como resultado, uma corrente é fornecida aos enrolamentos, atraindo o rotor para o próximo sensor no sentido de rotação. Ao girar no sentido negativo (sentido horário), o contato da chave é levantado (FR = 1), a tensão V1 comuta a corrente I1 no enrolamento 1, V0 - corrente I0 no enrolamento 0. Na posição inicial, quando nenhuma corrente flui através do enrolamentos, o rotor é puxado para o núcleo de uma das bobinas, ou seja, ocupa uma posição em um ângulo de 0 ou 90° com a vertical.

Quando a energia é aplicada, os gatilhos serão ajustados para determinados estados e o rotor tenderá a assumir a posição correspondente. Ao mesmo tempo, ele alcançará ou passará pelo sensor, fazendo com que o gatilho correspondente seja acionado, após o que o rotor começará a girar uniformemente. Observe que o procedimento de operação e principalmente de partida descrito é confiável se os sensores gerarem tensão apenas por posição, sem influência da velocidade do rotor. Os sensores mais simples e confiáveis ​​com essas propriedades são os sensores Hall, por isso praticamente substituíram todos os outros tipos de sensores utilizados em motores.

Um gravador de cassetes geralmente possui um motor DC, que não altera o sentido de rotação. A grande maioria dos gravadores possui um motor com rotor tripolar, cujo funcionamento e design são mostrados na Fig.

Os requisitos de estabilidade de velocidade são atendidos por um circuito estabilizador que funciona medindo a tensão de autoindução do motor. Esta tensão é diretamente proporcional à velocidade de rotação e pode, portanto, servir como sensor de velocidade. O circuito de estabilização deve manter a tensão de autoindução igual à especificada.

A Figura 46 mostra um dos diagramas mais visuais que implementa essa ideia. Neste esquema, a estabilização da velocidade é realizada comparando as tensões do motor e seu modelo. O motor é representado por um resistor Rm e uma fonte de tensão Em. O modelo consiste em um resistor R2 e uma fonte de tensão de controle Vc. O resistor R2 representa a resistência do motor; Vc é a tensão de autoindução especificada. Os resistores R1, Rm, R2, R3 formam uma ponte para medir a diferença de tensões Vc e Em. Com um ganho suficientemente grande, podemos assumir V1 = V2, e o motor girará a uma determinada velocidade w0 independentemente da carga em seu eixo.

A Figura 47 mostra um diagrama de blocos do circuito integrado Toshiba TA7768F, no qual a tensão de referência é subtraída diretamente da tensão do motor. Para usar este microcircuito, você precisa saber a relação de resistência dos resistores R1/R2.

Para velocidade fixa, o circuito de três pinos mais popular (Fig. 48). Nele, uma corrente kIm é fornecida ao resistor R1 através de um espelho de corrente, proporcional à corrente Im que flui pelo motor. A corrente no resistor R2 e a corrente consumida pelo circuito de controle também fluem através do resistor R1, portanto a corrente do motor deve ser grande o suficiente para ser desprezível.

Em gravadores com movimento reverso da fita, é necessário estabilizar a velocidade de rotação do motor nos dois sentidos. Para isso, um estabilizador convencional é complementado com uma chave para conectar o motor em uma determinada polaridade.

Ao montar os circuitos descritos, selecione primeiro um resistor que simule a resistência dos enrolamentos do motor, a partir da condição de mínima influência da carga na velocidade do motor. Em seguida, é selecionado um resistor que define a velocidade de rotação. O motor do eixo de acionamento do videocassete é multifásico para reduzir a irregularidade de sua rotação, e tensões senoidais são fornecidas aos enrolamentos. Na grande maioria dos casos são utilizados motores trifásicos com sensores Hall. A estrutura do motor é mostrada na Fig. 49, a. Seu funcionamento é igual ao de um motor de passo.

O circuito da Fig. 49a consiste em três blocos idênticos (canais), em cada um dos quais é gerada uma tensão V para o enrolamento de sua própria fase. O bloco consiste em um sensor, um gatilho Schmitt, um driver e um estágio de saída. O motor possui rotor bipolar, os enrolamentos estão localizados em frente aos sensores. No momento mostrado na Fig. 49 a, o pólo norte do rotor está localizado no sensor da fase A, ou seja, Até este momento, uma corrente fluía pelo enrolamento da fase A, atraindo para ele o pólo do rotor. Quando o rotor se aproxima do sensor da fase A, a tensão nele induzida aciona o gatilho da fase A. O acionamento do gatilho faz com que a corrente seja fornecida para outra fase do enrolamento dependendo do sentido de rotação: para o rotor girar no sentido anti-horário, ele é necessário fornecer corrente ao enrolamento da fase C, e para que ele gire no sentido horário - no enrolamento da fase B. O diagrama de temporização da operação é mostrado na Fig.

A velocidade de rotação do eixo de transmissão é estabilizada com base no impulso de comutação do cabeçote, com precisão de fase. O pulso de comutação de cabeçote é um pulso de frequência de quadro simétrico, vinculado exclusivamente aos campos de quadro. Durante a gravação, um pulso é aplicado à cabeça de controle e, durante a reprodução, é lido a partir dela. O diagrama de blocos do controle do motor do eixo de transmissão é mostrado na Fig.

O sensor de velocidade é um disco dentado montado no rotor do motor e um sensor Hall localizado no estator. A frequência dos pulsos de tensão na saída do sensor Hall é diretamente proporcional à velocidade do rotor. O sinal do sensor de velocidade é amplificado, limitado e alimentado aos detectores de frequência (FR) e fase (PD). Os sinais de saída dos detectores são somados e alimentados no estágio de saída. Comandos de frenagem e sentido de rotação também são enviados para ele. A tensão do estágio de saída é fornecida ao motor.

Os circuitos integrados de controle do motor incluem apenas unidades individuais do diagrama de blocos da Fig. Na maioria das vezes, inclui um estágio de saída e um amplificador de sensor de velocidade, uma vez que estão diretamente conectados ao motor.

A Figura 51,a mostra o diagrama de blocos do microcircuito KA8329 (Samsung), e a Figura 51,b mostra o HA13406W (Hitachi).

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Cálculo de motores elétricos

As classificações do motor são potência, velocidade de rotação e tensão. A potência do motor é expressa em watts. Esta não é a energia consumida da fonte, mas a energia mecânica no eixo. A escolha da potência depende da finalidade do motor. Assim, para brinquedos e modelos elétricos, uma potência de até 3 W é suficiente, para um pequeno ventilador - 10-15 W, para uma serra circular - centenas de watts. A potência do motor está intimamente relacionada à velocidade de rotação.

Para uma determinada potência, quanto maior for a rotação do motor, menor será o seu tamanho e menos materiais serão necessários. Os motores escovados CC e CA podem ser projetados para qualquer velocidade de rotação (até 10000 rpm). Porém, com base nas condições de operação confiável das escovas do comutador, não é recomendado construir motores com velocidade de rotação superior a 5000 rpm.

Para motores assíncronos de todos os tipos, a velocidade do rotor depende da frequência da corrente alternada, que permanece constante. Para motores bipolares, mais utilizados, a velocidade síncrona na frequência de 50 Hz é de 3000 rpm (levando em consideração o escorregamento - 2900 rpm). Essas velocidades de rotação raramente são usadas diretamente, geralmente uma caixa de câmbio é instalada entre o motor e o mecanismo acionado.

A tensão do motor é determinada pela fonte de alimentação. O motor elétrico de um carro, por exemplo, depende da voltagem da bateria.

O cálculo dos motores DC começa com a determinação de duas dimensões principais: o diâmetro e o comprimento da armadura. Essas dimensões estão incluídas na fórmula

D²eu = Pa 10⁹/1,1 AS B n (cm³), (1)

onde D é o diâmetro da âncora, cm; l - comprimento da âncora, cm; Pa - potência de projeto, W; AS - carga linear da armadura, A/cm; B - indução magnética no entreferro, G; n - velocidade de rotação nominal, rpm.

O lado esquerdo da fórmula (1) é proporcional ao volume da armadura. Como pode ser visto no lado direito de (1), o volume da armadura é proporcional à potência do motor Pa e inversamente proporcional à velocidade de rotação n. Disto podemos concluir que quanto maior a velocidade de rotação da armadura do motor, menores são suas dimensões, e as dimensões das demais partes do motor dependem das dimensões da armadura.

Potência estimada do motor

Pa = EI = P(1 + 2y)/3y (W), (2)

onde E é o EMF induzido no enrolamento da armadura quando ele gira em um campo magnético; I é a corrente consumida pelo motor proveniente da fonte, A; P - potência nominal do motor, W; y é a eficiência do motor, cujo valor pode ser determinado na Fig. 52 (como pode ser visto na curva, o valor da eficiência diminui drasticamente à medida que a potência do motor diminui). A potência calculada do motor é sempre maior que a potência nominal.

Corrente do motor

I \u3d P / U y (A), (XNUMX)

onde U é a tensão nominal.

Vamos definir o EMF E:

E \u4d Pa / I (B). (quatro)

Carga de armadura linear

AS = NI/2πD (A/cm). (5)

Na fórmula (5), N denota o número de condutores do enrolamento da armadura, os dois no denominador mostram que a corrente total da armadura I se ramifica entre dois condutores do enrolamento, o produto πD é a circunferência da armadura.

A carga linear AS e a indução magnética no entreferro B são chamadas de cargas eletromagnéticas. Eles mostram o quão pesadamente o motor está carregado elétrica e magneticamente. Esses valores não devem ultrapassar um determinado limite, caso contrário o motor superaquecerá durante a operação.

O aquecimento do motor depende não apenas das cargas eletromagnéticas, mas também do tempo de operação. Alguns motores funcionam por longos períodos sem parar (motores de ventilador). Outros motores funcionam de forma intermitente, durante os quais têm tempo de resfriamento (motores de aspiradores de pó, refrigeradores). A operação intermitente do motor é chamada de operação intermitente.

A carga linear e a indução magnética podem ser determinadas usando as Fig. 53 e 54 (onde o eixo horizontal mostra a potência nominal dividida pela velocidade nominal de rotação, por exemplo, com potência de 15 W e velocidade de 3000 rpm, é necessário pegue o número 5 no eixo das abcissas).

Vamos voltar para a fórmula (1). Nele, o diâmetro e o comprimento da âncora estão relacionados entre si por uma determinada proporção. Vamos denotar a razão l/D = k. O valor de k para motores pequenos varia de 0,7 a 1,2. Se for necessário um motor com comprimento menor, mas diâmetro maior, escolha k = 0,7. Pelo contrário, se o motor precisar ser colocado em um tubo de pequeno diâmetro, então k = 1,2 é escolhido. Ao introduzir a razão l/D = k em (1), ficamos livres de uma incógnita l, e a fórmula (1) assume a seguinte forma:

D = (Pa 10⁹/1,1k ASBn)^1/3 (cm). (6)

Tendo calculado o valor de D, encontramos l através do coeficiente k. Assim, são determinadas as principais dimensões do motor. Agora vamos calcular os enrolamentos da armadura. Para fazer isso, você precisa determinar o fluxo magnético do motor. Se a indução magnética no entreferro for multiplicada pela área através da qual as linhas de energia entram na armadura, obtemos o fluxo do motor

Ф = B atl, (7)

onde t é a divisão do pólo, ou seja, parte da circunferência da armadura por pólo. Em um motor bipolar t = πD/2. O coeficiente a é geralmente considerado igual a 0,65. O valor de B é encontrado no gráfico da Fig. O número de condutores de armadura é determinado pela fórmula

N = E 60 10⁸/F n. (oito)

O número de condutores não pode ser qualquer número inteiro. Os condutores do enrolamento da armadura devem ser distribuídos igualmente entre as ranhuras da armadura. O número de ranhuras Z é determinado a partir da relação Z = 3D. Recomenda-se pegar o número ímpar mais próximo. O número de condutores na ranhura Nz = =N/Z deve ser par para enrolar o enrolamento em duas camadas. Esta escolha será ilustrada com um exemplo.

A seção transversal do fio para o enrolamento da armadura S pode ser determinada dividindo a corrente no condutor I pela densidade de corrente g: S = I/2g. Para selecionar a densidade de corrente, você pode ser guiado pela curva 1 na Fig.

Esta seção é preliminar. Usando um livro de referência (por exemplo, “Componentes e materiais de rádio”, p. 8), você precisa encontrar a seção transversal de um fio padrão que mais se aproxima do fio calculado. Na mesma tabela encontraremos o diâmetro do fio d.

Agora vamos determinar o tamanho da ranhura. Sua seção transversal W, necessária para acomodar os fios do enrolamento,

W=d² Nz/Kz (mm²) (9)

O coeficiente Kz é chamado de coeficiente de preenchimento da ranhura. Mostra o quão firmemente os condutores preenchem a ranhura. Ao calcular, você pode pegar

Kz = 0,6-0,7.

Na confecção de uma âncora, a seção transversal da ranhura deve ser ainda maior do que conforme fórmula (9), pois ainda deve acomodar uma luva isolante 2 com espessura de 0,2 mm e uma cunha 3 de papelão com espessura de 0,3mm (Fig. 56).

A área ocupada pela manga,

Sg = p tg (mm2), (10)

onde p - perímetro da ranhura, mm; tg - espessura da luva, mm.

área de cunha

Sc = hk bk (mm2), (11)

onde hk - espessura da cunha, mm; bk - largura da cunha, mm.

Assim, a seção transversal total da ranhura é igual a Sp = W + Sg + Sk. Para uma ranhura redonda, o diâmetro pode ser determinado pela sua seção transversal completa dп = 2 Sp/п (mm).

Tendo determinado o tamanho da ranhura conforme Fig. 56, você pode calcular a espessura do dente. Primeiro, vamos encontrar o diâmetro do círculo Dn no qual ficarão os centros das ranhuras. Para fazer isso, subtraia o diâmetro da ranhura + 1 mm do diâmetro da armadura

D_n = D - (d_n +1).

Distância entre slots adjacentes

t = pD_n/Z (mm),

espessura do dente

b_z = t - d_n (milímetros). (quatro)

A espessura do dente em local estreito deve ser de pelo menos 2 mm. Se isso não funcionar, é necessário fazer ranhuras de formato complexo e, como isso é difícil, pode-se aumentar o diâmetro da âncora para obter dentes com pelo menos 2 mm de espessura. A ranhura da ranhura “a” deve ser 1 mm maior que o diâmetro do fio d_de.

Seção transversal da escova de carvão ou grafite

S_щ = eu/d_щ, (5)

onde d_щ - densidade de corrente sob a escova.

Vamos prosseguir para o cálculo do sistema magnético. Para um motor caseiro, a maneira mais fácil é utilizar um sistema magnético do tipo aberto (Fig. 57, onde 1 - papel impregnado; 2 - flange; 3 - bobina).

Em primeiro lugar, determinamos o entreferro q entre a armadura e os pólos. Nas máquinas DC, é utilizada uma folga aumentada, o que reduz o efeito desmagnetizante do campo magnético da armadura. Entreferro

q = 0,45 t AS/B (cm). (6)

Calculamos as dimensões do sistema magnético usando indução magnética. No cálculo do sistema magnético de pólos e moldura, a magnitude do fluxo magnético deve ser aumentada em 10%, pois algumas das linhas de energia ficam fechadas entre as laterais da moldura, contornando a armadura. Portanto, o fluxo magnético dos pólos e da estrutura

Fst \u1,1d XNUMXF.

Aceitamos indução no quadro Vst = 5000 Gs (0,5 T).

Determinamos o comprimento da cama Lst a partir do esboço da Fig.

Se a forma da moldura corresponder à Fig. 59 (onde 1 é uma bobina; 2 é um poste; 3 é um rebite), então o fluxo da moldura Fst deve ser dividido ao meio, pois se bifurca ao longo de dois caminhos paralelos.

Na Fig. 58, a linha tracejada mostra o caminho do fluxo magnético. Consiste nas seguintes seções: dois entreferros, dois dentes, uma âncora e uma estrutura. Para descobrir qual força de magnetização Iw a bobina de campo deve ter, você precisa calcular Iw para cada uma dessas seções e depois somar todas elas.

Vamos começar com o entreferro. Força de magnetização do entreferro

I_w = 1,6 qkB, (7)

onde q é o entreferro no lado da armadura (cm); k - coeficiente que pode ser considerado k = 1,1; B - indução no entreferro (G).

Para determinar a força de magnetização (ns) dos dentes da armadura, é necessário conhecer a indução no dente. Determinamos a espessura do dente usando a fórmula (4). O fluxo magnético entra no dente através da porção da circunferência da armadura por dente. É chamado de dentição e é determinado pela fórmula

t₁ = pD/Z. (oito)

A indução no dente será tantas vezes maior que a indução no entreferro quanto a espessura do dente for menor que a divisão do dente. Além disso, deve-se levar em consideração que parte do comprimento da armadura é ocupada por camadas isolantes entre as chapas, que chegam a 10%. Portanto, a indução no dente

B_z = B_t/b_z 0,9 (9)

De acordo com a Tabela 2, esta indução corresponde à intensidade de campo Hz.

Tabela 2

Para calcular n.s. por duas alturas de dente Hz deve ser multiplicado pelo dobro da altura do dente I_wz = H_z 2h_z. Na tabela, a indução magnética é mostrada na coluna vertical, expressa em milhares de gauss, e na linha horizontal - em centenas de gauss. Se, por exemplo, a indução for 10500 G, então o valor de intensidade de campo necessário é encontrado na interseção da linha 10000 e coluna 500 (neste caso 6,3). A força magnetizante pode ser determinada multiplicando a tensão pelo comprimento da linha de campo.

Ao calcular a indução no núcleo da armadura, deve-se levar em consideração que o fluxo magnético nele se ramifica e, portanto, apenas metade do fluxo cai em uma seção. A seção transversal do núcleo da armadura (conforme Fig. 58) é igual à distância h_a da base da ranhura ao eixo, multiplicado pelo comprimento da armadura h_a = D/2 -h_z -d_b/2. Você também precisa levar em consideração as camadas isolantes entre as folhas. Assim, a indução no núcleo da armadura

B_a = Ф/(2h_a0,9).

De acordo com a tabela acima, Ha corresponde a esta indução. Força de magnetização do núcleo da armadura I_w = HL_a, onde L_a - comprimento da linha de energia no núcleo conforme Fig. 58:

L_a = n(D - 2h_z - H_a)/2 (cm).

Como pode ser visto na Fig. 58, este motor não possui pólos salientes que estejam fundidos com a carcaça. Portanto, o cálculo da parte estacionária do circuito magnético se resume ao cálculo do quadro.

A largura do quadro é determinada pela indução dada B = 5000 Gs.

Por isso

b_cm = F_cm/5000 x l x 0,9 (cm).

A intensidade do campo Hcm para uma indução de 5000 G é encontrada na Tabela 2. Ao determinar o comprimento da linha de energia no quadro, surge uma dificuldade. Afinal, o comprimento da lateral da moldura depende da espessura da bobina e é desconhecido. Portanto, consideramos a espessura da bobina igual a 30 valores de entreferro. Tendo determinado o comprimento da linha de força no quadro Lst a partir do esboço, calculamos a força magnetizante (f.s.) para o quadro

Iw_ct =L_ct Н_ct.

Agora adicionamos o n.s. todos os sites

Iw₀ = Eu_d + eu_z + eu_a + eu_ct .

Tal n.s. deve criar uma bobina quando o motor estiver em marcha lenta, mas quando carregado, aparecerá um efeito desmagnetizante do campo magnético da armadura. Portanto, precisamos de uma reserva, que calculamos pela fórmula

Iw_p = 0,15 t AS (voltas em A). (dez)

O número de voltas da bobina pode ser calculado a partir do total Iw: w = Iw/I. Para determinar a seção transversal do fio, é necessário dividir a corrente pela densidade de corrente (determinamos usando a curva 2 na Fig. 55. Usando as tabelas do livro de referência "Componentes e materiais de rádio", encontramos o padrão mais próximo seção transversal e diâmetro do fio no isolamento d_de. Área ocupada pelas espiras da bobina, F = wd_de2 / k_з (k_з - fator de preenchimento). Divida a área F pelo comprimento da bobina (no esboço l_к) e obtenha sua largura b_к = F/l_к.

Exemplo de cálculo de motor DC

Dados nominais do motor: P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 rpm. Usando a curva da Fig. 52, determinamos a eficiência do motor de 30%, usando a fórmula (2) - a potência estimada do motor

Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMX W.

Para encontrar os valores de AS e B usando as curvas das Figuras 53 e 54, calculamos a relação entre a potência do motor, expressa em miliwatts, e a velocidade de rotação 5000/4000 = 1,25. Na Fig. 53 encontramos AS = 50 A/cm. Da mesma forma, na Fig. 54 encontramos a indução no entreferro B = 2200 G. Tomemos a razão l/D = 1. Substitua os valores numéricos dos valores calculados na fórmula (6) e encontre o diâmetro da armadura D=(8,9x10⁹/1,1x50x2200x4000)^1/2 = 2,6 cm.

Com k = 1, o comprimento da âncora é l = 2,61 = 2,6 cm.

Corrente de armadura de acordo com a fórmula (3)

I \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMX A.

EMF do enrolamento da armadura de acordo com a fórmula (4)

E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMX V.

Divisão de pólos da âncora t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMX cm.

Fluxo magnético de acordo com a fórmula (7)

F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX.

O número de condutores do enrolamento da armadura de acordo com a fórmula (8) N = = 6,3x60x10⁸/15200x4000 = 620. Número de slots de armadura z = 3x2,6 = 7,8. Arredondamos para o número ímpar mais próximo z = 7. O número de condutores na ranhura Nz = =620/7= 88. Este número é divisível por 2, portanto não há necessidade de arredondá-lo. A seção transversal do condutor do enrolamento da armadura em d=10A/mm2 s = 1,4/2x10 = 0,07 mm2.

De acordo com a curva 1 Fig.55 com seção transversal de 0,07 mm² você precisa considerar uma densidade de corrente de 8 A/mm2. Vamos ajustar a seção transversal do fio 0,07x10/8 = 0,085 mm² e diâmetro do fio 0,33 mm. Levando em consideração a espessura do isolamento, o diâmetro do fio isolado é de 0,37 mm². A seção transversal da ranhura de acordo com a fórmula (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. O diâmetro do círculo ocupado pelos condutores do enrolamento d0 = (4x17,2/3,14)1/2 = 4,7 mm. O perímetro da manga isolante é p = 3,14x4,7 = 14,7 mm. Área da ranhura ocupada pela bucha conforme fórmula (10) Sg = 14,7 0,2 = 2,9 mm². A área da ranhura ocupada pela cunha, conforme fórmula (11) Sк = 0,3 3 = 0,9 mm². Seção transversal total da ranhura Sp = 17,2 + 2,9 + 0,9 = 21 mm². Diâmetro da ranhura dп = (4x21/3,14)1/2 = 5,2 mm. O diâmetro do círculo no qual estão localizados os centros das ranhuras é Dп = 26 - (5,2 + 1) = 19,8 mm. A distância entre ranhuras adjacentes é 3,14 19,8/7 = 8,9 mm. A espessura do dente no ponto estreito é bz = 8,9 - 5,2 = 3,7 mm. Ranhura a = 0,37 + 1 = 1,37 mm. Número de placas coletoras K = 7. Seção transversal da escova Ssh = 1,4/6 = 0,23 cm². Você pode pegar um pincel quadrado com dimensões laterais de 5 x 5 mm. O entreferro entre a armadura e o poste de acordo com a fórmula (6, RE 10/2000) é igual a 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm.

Para determinar n.s. bobinas, calcularemos o circuito magnético conforme Fig. N.s. entreferro de acordo com a fórmula (58, RE 7/10) Iwd = 2000x1,6x0,04x1,1 = 2200 voltas A.

Divisão dentária conforme fórmula (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm Indução no dente conforme fórmula (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2/0,37x0,9 , 8000 = 10 Gs. A intensidade do campo do dente de acordo com a tabela (RE 2000/10, p. 4,05) Hz = 4,05. N.s. dentes Iwz = 2x0,57x4,6 = 15200 Avitkov. Indução no núcleo da armadura Ba = 2/0,5x2,6x0,9x6500 = 3,2 Gs. De acordo com a mesma tabela para esta indução Ha = 3,2. N.s. para o núcleo da armadura Iw = 1,5x4,8 = 1,1 voltas A. Nós determinamos n.s. para partes estacionárias do circuito magnético. Fluxo magnético do quadro Fst = 15200x16700 = XNUMX.

Suponhamos uma indução no referencial de 5000 Gs. Então a largura do quadro bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm.De acordo com a tabela, a indução de 5000 G corresponde ao valor Hst = 2,5. Para determinar o comprimento da linha de força no quadro, tomamos a espessura da bobina bk = 30d = 30x0,04 = 1,2 cm. A partir da Fig. 58 determinamos o comprimento médio da linha de força Lst = 4,5 cm. N.s. quadro Iwct = 2,5x4,5 = 11 voltas A. Agora vamos adicionar n.s. de todas as seções Iw0 = 155 + 4,6 + 4,8 + 11 = 175 voltas A.

Força de desmagnetização de acordo com a fórmula (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A-turn. Então n.s. com carga do motor Iw = 175 + 31 = 206 voltas A. O número de voltas da bobina é w = 206/1,4 = 147 voltas. Vamos considerar a densidade de corrente na bobina como 5 A/mm², então a seção transversal do fio é s = 1,4/5 = 0,28 mm2. A seção transversal mais próxima de um fio padrão é s = 0,273 mm² e diâmetro do fio 0,59 mm. O diâmetro do fio isolado é 0,64 mm. Área ocupada pelas voltas da bobina F = 147x0,642/0,7 = 86 mm². O comprimento da bobina de acordo com a Fig. 58 é lк = 12 mm. Daí a espessura da bobina bk = 86/12 = 7,2 mm.

Cálculo de motores assíncronos monofásicos

Definimos a potência do motor P (W), a tensão U (V) e a velocidade de rotação n (rpm). Potência nominal do motor

Valor η cos φ é obtido da curva na Fig.60.

Diâmetro externo do estator

Da = (14Pa)^1/3 (cm). (2)

Diâmetro interno do estator

D = 0,55 Da (cm). (3)

Comprimento do estator l = D (cm). Divisão do pólo t = 3,14 D/2 (cm). Selecionamos a indução magnética no entreferro B de acordo com a curva da Fig. O fluxo magnético, como acima, é determinado pela fórmula Ф = a B t l. Para motores monofásicos pode-se selecionar o valor “a” igual a 54.

O número de slots do estator para motores com enrolamento de partida comutável é escolhido como um múltiplo de 6. Para motores com potência de até 10 W, podem ser utilizados 12 slots do estator. Destes, 8 serão ocupados pelo enrolamento de trabalho e 4 pelo enrolamento de partida. Para motores de maior potência, são necessárias 18 ranhuras do estator (12 ranhuras são o enrolamento de trabalho, 6 são o enrolamento de partida). Número de voltas do enrolamento de trabalho

w_p = U 10^6/2,5 F. ( 4 )

O número de condutores na ranhura do enrolamento de trabalho

N_z = 2s_p/z_p, (5)

onde z_p - o número de slots ocupados pelo enrolamento de trabalho. Corrente no enrolamento de trabalho

I=P_a/U(A). (6)

Seção transversal do condutor do enrolamento de trabalho S = I/d. Encontramos o diâmetro do fio no isolamento como acima. As dimensões das ranhuras são determinadas de forma semelhante ao cálculo dos motores DC. O enrolamento de partida ocupa 1/3 das ranhuras do estator. O número de voltas do enrolamento de partida depende de qual elemento é ligado em série com o enrolamento de partida na partida. Se a resistência ativa servir como elemento, então o número de voltas do enrolamento de partida é 3-4 vezes menor que o número de voltas do enrolamento de trabalho. Mas ocupa 2 vezes menos slots, portanto, em cada slot haverá 1,5-2 vezes menos voltas do que na ranhura do enrolamento de trabalho. Enrolamos o enrolamento inicial com o mesmo fio do enrolamento de trabalho. Se usarmos um capacitor como elemento de partida, o número de voltas do enrolamento de partida será igual ao número de voltas do enrolamento de trabalho.

Para que o enrolamento de partida caiba em suas ranhuras, a seção transversal do fio deve ser considerada igual à metade desse tamanho. O diagrama do enrolamento e a ordem de sua colocação nas ranhuras são mostrados na Fig.

O número de ranhuras do rotor é selecionado dependendo do número de ranhuras do estator. Com 12 slots de estator, você pode usar 9 slots de rotor, e com 18 slots de estator, você pode usar 15 slots de rotor. Selecionamos o diâmetro da ranhura do rotor de modo que a seção transversal total das hastes do rotor seja 1,5-2 vezes maior que a seção transversal total dos condutores do enrolamento de trabalho do estator. As hastes de cobre devem ser inseridas nas ranhuras do rotor e soldadas aos anéis de fechamento nas extremidades do rotor. A seção transversal do anel de fechamento deve ser aproximadamente três vezes maior que a seção transversal da haste. O torque de partida do motor depende da resistência do enrolamento do rotor, portanto, para um motor com grande torque de partida, as hastes do rotor devem ser de latão ou bronze. O entreferro entre o estator e o rotor em motores assíncronos deve ser mantido o menor possível. Nos motores fabricados de fábrica, a folga é geralmente de 0,25 mm. Em motores caseiros 0,3-0,4 mm.

A capacidade do capacitor de partida para motores de baixa potência é geralmente de 3 a 10 µF. Deve-se ter em mente que nos terminais do capacitor é gerada uma tensão que excede significativamente a tensão da rede, portanto os capacitores devem ser ajustados para uma tensão igual a três vezes a tensão da rede. À medida que a tensão diminui, a capacitância do capacitor aumenta de acordo com uma lei quadrática, portanto, para uma tensão de operação de 12 V seria necessário usar capacitores de grande capacidade (até 1000 µF).

Um exemplo do cálculo de um motor assíncrono monofásico

Dados nominais: potência 3 W, tensão 220 V, velocidade de rotação 3000 rpm, funcionamento do motor intermitente. Usando a curva da Fig. 60 encontramos o produto η porqueφ = 0,25.

Potência estimada do motor de acordo com a fórmula (1) Р_а = 3/0,25 = 12 V.A. Diâmetro externo do estator de acordo com a fórmula (2)

D_a =(14x12)^1/3 = 5,5 cm.

Para simplificar, tomemos o formato do estator como um quadrado, descrito em torno do diâmetro externo (Fig. 62).

O diâmetro interno do estator de acordo com a fórmula (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm. Comprimento do estator l = 3 cm. Divisão do pólo t = 3,14x3/2 = 4,7 cm. Indução magnética no entreferro ao longo da parte superior curva (ver Fig. 54) é igual a 2800 Gs, mas com um estator quadrado deve ser aumentado para 4000 Gs. Fluxo magnético Ф = 0,72x4000x4,7x3 = 40600. O número de ranhuras do estator é 12, das quais 8 para o enrolamento de trabalho, 4 para o enrolamento de partida. Número de voltas do enrolamento de trabalho de acordo com (4)

w_p = 220x10⁶/2,5x40600 = 2170 voltas.

O número de condutores na ranhura do enrolamento de trabalho N_z = 2x2170/8 = 542. Força de corrente no enrolamento de trabalho de acordo com a fórmula (6) I = 12/220 = 0,055 A. Na densidade de corrente d = 5 A/mm² seção transversal do fio s = 0,055/5 = 0,011 mm². Esta seção corresponde a um diâmetro de fio PEL com isolamento de 0,145 mm. Com um fator de preenchimento da ranhura de 0,5 pelos condutores, a área da ranhura ocupada pelos condutores é s = 0,1452x542/0,5 = 27 mm². O diâmetro do círculo ocupado pelos condutores do enrolamento, d₀ = (4x27/3,14)1/2 = 5,9 mm. O perímetro da manga isolante é p = 3,14x5,9 = 18,3 mm. Área do sulco ocupada pela manga, S_z = 18,3x0,2 = 3,7 mm². Área da ranhura ocupada pela cunha Sc = 0,3x3 = 0,9 mm². Seção transversal total da ranhura S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Diâmetro da ranhura dn = (4x31,6/3,14)1/2 = 6,3 mm, arredondado para 6,5 ​​mm. Diâmetro do círculo no qual estão localizados os centros das ranhuras, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm.

A distância entre ranhuras adjacentes é t = 3,14x37,5/12 = 9,6 mm. A espessura do dente no ponto estreito é bz = 9,6 - 6,5 = 3,1 mm. Ranhura a = 0,145 + 1 = 1,145 mm, arredondada para 1,2 mm.

O entreferro é assumido como sendo de 0,3 mm. Diâmetro do rotor Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. O número de ranhuras do rotor é 9. A seção transversal total de cobre nas ranhuras do enrolamento de trabalho do estator é 0,011x542x8 = 47 mm². A seção transversal total de cobre nas ranhuras do rotor é 47x1,5 = 70,5 mm2. Seção transversal da haste do rotor 70,5: 9 = 7,8 mm². Diâmetro da haste do rotor (4x7,8/3,14)^1/2 = 3,1mm. O diâmetro de fio padrão mais próximo é 3,05 mm. O diâmetro da ranhura do rotor com tolerância para cravação nas hastes é 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. O diâmetro do círculo no qual estão localizados os centros das ranhuras do rotor é 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. A distância entre ranhuras adjacentes é 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. A espessura do dente do rotor no ponto estreito é 8,7 - 3,3 = 5,4 mm.

Autor: A.D.Pryadko

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