o sursă de alimentare trifazată asigură un câmp magnetic rotativ într-un motor de inducție

alunecare inerentă – frecvență de rotație inegală a câmpului statorului și a rotorului

atât în motoarele de inducție, cât și în cele sincrone, puterea de curent alternativ furnizată statorului motorului creează un câmp magnetic care se rotește în sincronizare cu oscilațiile de curent alternativ. În timp ce rotorul unui motor sincron se rotește la aceeași viteză ca și câmpul statorului, rotorul unui motor de inducție se rotește la o viteză ceva mai mică decât câmpul statorului. Câmpul magnetic al statorului motorului de inducție se schimbă sau se rotește în raport cu rotorul. Aceasta induce un curent opus în rotorul motorului de inducție, de fapt înfășurarea secundară a motorului, atunci când acesta din urmă este scurtcircuitat sau închis printr-o impedanță externă. Fluxul magnetic rotativ induce curenți în înfășurările rotorului, într-o manieră similară curenților induși în înfășurarea secundară a unui transformator.curenții induși în înfășurările rotorului la rândul lor creează câmpuri magnetice în rotor care reacționează împotriva câmpului statorului. Direcția câmpului magnetic creat va fi astfel încât să se opună schimbării curentului prin înfășurările rotorului, în acord cu Legea lui Lenz. Cauza curentului indus în înfășurările rotorului este câmpul magnetic rotativ al statorului, astfel încât să se opună schimbării curenților de înfășurare a rotorului, rotorul va începe să se rotească în direcția câmpului magnetic rotativ al statorului. Rotorul accelerează până când magnitudinea curentului rotorului indus și cuplul echilibrează sarcina mecanică aplicată pe rotația rotorului. Deoarece rotația la viteză sincronă nu ar avea ca rezultat un curent de rotor indus, un motor de inducție funcționează întotdeauna ușor mai lent decât viteza sincronă. Diferența, sau „alunecare”, între viteza reală și cea sincronă variază de la aproximativ 0,5% la 5,0% pentru motoarele asincrone cu curba de cuplu B de proiectare standard. Caracterul esențial al motorului de inducție este că este creat exclusiv prin inducție în loc să fie excitat separat ca în mașinile sincrone sau DC sau să fie auto-magnetizat ca în motoarele cu magnet permanent.

pentru ca curenții rotorului să fie induși, viteza rotorului fizic trebuie să fie mai mică decât cea a câmpului magnetic rotativ al statorului (n s {\displaystyle n_{s}}

); în caz contrar, câmpul magnetic nu s-ar mișca în raport cu conductorii rotorului și nu ar fi induși curenți. Pe măsură ce viteza rotorului scade sub viteza sincronă, rata de rotație a câmpului magnetic din rotor crește, inducând mai mult curent în înfășurări și creând mai mult cuplu. Raportul dintre rata de rotație a câmpului magnetic indus în rotor și rata de rotație a câmpului rotativ al statorului se numește „alunecare”. Sub sarcină, viteza scade și alunecarea crește suficient pentru a crea un cuplu suficient pentru a întoarce sarcina. Din acest motiv, motoarele asincrone sunt uneori denumite „motoare asincrone”.

un motor de inducție poate fi folosit ca generator de inducție sau poate fi derulat pentru a forma un motor de inducție liniar care poate genera direct mișcare liniară. Modul de generare pentru motoarele cu inducție este complicat de necesitatea de a excita rotorul, care începe doar cu magnetizarea reziduală. În unele cazuri, magnetizarea reziduală este suficientă pentru a auto-excita motorul sub sarcină. Prin urmare, este necesar fie să fixați motorul și să îl conectați momentan la o rețea sub tensiune, fie să adăugați condensatori încărcați inițial de magnetismul rezidual și să furnizați puterea reactivă necesară în timpul funcționării. Similar este funcționarea motorului de inducție în paralel cu un motor sincron care servește ca compensator al factorului de putere. O caracteristică în modul generator în paralel cu grila este că viteza rotorului este mai mare decât în modul de conducere. Apoi, energia activă este dată rețelei. Un alt dezavantaj al generatorului de motoare cu inducție este că consumă un curent de magnetizare semnificativ I0 = (20-35)%.

viteza sincronă

viteza sincronă a unui motor de curent alternativ, f S {\displaystyle f_{s}}

, este viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului, f S = 2 f p {\displaystyle F_{s}={2f \over p}}

,

unde F {\displaystyle F}

este frecvența sursei de alimentare, p {\displaystyle p}

este numărul de poli magnetici și F S {\displaystyle F_{s}}

este viteza sincronă a mașinii. Pentru f {\displaystyle f}

în hertz și n s {\displaystyle n_{s}}

viteza sincronă în RPM, formula devine: n s = 2 f p p i n u t e ( 60 S E C O N d S M I N U t e ) = 120 f p p i n u t E ( s e C O N d s m i n u t e ) {\displaystyle n_{s}={2f \peste p}\cdot \stânga({\frac {60\ \mathrm {secunde} }{\mathrm {minut} }}\dreapta)={120F \peste {p}}\cdot \stânga({\frac {\mathrm {secunde} }{\mathrm {minut} }}\dreapta)}

.

de exemplu, pentru un motor trifazat cu patru poli, p {\displaystyle p}

= 4 și n S = 120 f 4 {\displaystyle n_{s}={120F \over 4}}

= 1.500 rpm (Pentru F {\displaystyle F}

= 50 Hz) și 1.800 rpm (Pentru F {\displaystyle F}

= 60 Hz) viteza sincronă.

Numărul de poli magnetici, p {\displaystyle p}

, este egal cu numărul de grupuri de bobine pe fază. Pentru a determina numărul de grupuri de bobine pe fază într-un motor cu 3 faze, numărați numărul de bobine, împărțiți la numărul de faze, care este 3. Bobinele se pot întinde pe mai multe sloturi în miezul statorului, ceea ce face obositoare numărarea lor. Pentru un motor cu 3 faze, dacă numărați un total de 12 grupuri de bobine, acesta are 4 poli magnetici. Pentru o mașină cu 12 poli cu 3 faze, vor exista 36 de bobine. Numărul de poli magnetici din rotor este egal cu numărul de poli magnetici din stator.

cele două figuri din dreapta și din stânga de mai sus ilustrează fiecare o mașină cu 2 poli cu 3 faze formată din trei perechi de poli, cu fiecare pol stabilit la 60 la sută distanță.

SlipEdit

curba de cuplu tipică în funcție de alunecare, reprezentată ca „g” aici

alunecare, s {\displaystyle S}

, este definit ca diferența dintre viteza sincronă și viteza de funcționare, la aceeași frecvență, exprimată în rpm sau în procent sau raport de viteză sincronă. Astfel s = n s − N r n s {\displaystyle S={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}

unde n s {\displaystyle n_{s}}

este viteza electrică a statorului, n r {\displaystyle n_{r}}

este viteza mecanică a rotorului. Slip, care variază de la zero la viteza sincronă și 1 când rotorul este blocat, determină cuplul motorului. Deoarece înfășurările rotorului scurtcircuitate au o rezistență mică, chiar și o alunecare mică induce un curent mare în rotor și produce un cuplu semnificativ. La sarcină nominală maximă, alunecarea variază de la mai mult de 5% pentru motoarele cu destinație mică sau specială la mai puțin de 1% pentru motoarele mari. Aceste variații de viteză pot provoca probleme de partajare a sarcinii atunci când motoarele de dimensiuni diferite sunt conectate mecanic. Sunt disponibile diverse metode pentru a reduce alunecarea, VFDs oferind adesea cea mai bună soluție.

TorqueEdit

Standard torqueEdit

Speed-torque curves for four induction motor types: A) Single-phase, B) Polyphase cage, C) Polyphase cage deep bar, D) Polyphase double cage

Typical speed-torque curve for NEMA Design B Motor

Play media

soluție tranzitorie pentru un motor de inducție AC de la o oprire completă până la punctul său de funcționare sub o sarcină variabilă.

relația tipică viteză-cuplu a unui motor de inducție polifazic standard NEMA Design B este așa cum se arată în curba din dreapta. Potrivit pentru cele mai multe sarcini de performanță scăzută, cum ar fi pompele centrifuge și ventilatoarele, motoarele de proiectare B sunt constrânse de următoarele intervale tipice de cuplu:

• cuplul de defalcare (cuplul de vârf), 175-300% din cuplul nominal
• cuplul rotorului blocat (cuplul la 100% alunecare), 75-275% din cuplul nominal
• cuplul Pull-up, 65-190% din cuplul nominal.

în intervalul normal de sarcină al unui motor, panta cuplului este aproximativ liniară sau proporțională cu alunecarea, deoarece valoarea rezistenței rotorului împărțită la alunecare , R r ‘ /s {\displaystyle R_{r}’/s}

, domină cuplul într-o manieră liniară. Pe măsură ce sarcina crește peste sarcina nominală, factorii de reactanță de scurgere a statorului și rotorului devin treptat mai semnificativi în raport cu R r ‘ / s {\displaystyle R_{r}’/s}

astfel încât cuplul se curbează treptat spre cuplul de avarie. Pe măsură ce cuplul de sarcină crește dincolo de cuplul de avarie, motorul se oprește.

StartingEdit

există trei tipuri de bază de motoare cu inducție mici: monofazat cu fază divizată, monofazat cu pol umbrit și polifazat.

la motoarele monofazate cu doi poli, cuplul ajunge la zero la alunecare de 100% (viteză zero), astfel încât acestea necesită modificări ale statorului, cum ar fi poli umbriți, pentru a asigura cuplul de pornire. Un motor de inducție monofazat necesită circuite de pornire separate pentru a oferi un câmp Rotativ motorului. Înfășurările normale de funcționare într-un astfel de motor monofazat pot determina rotirea rotorului în ambele direcții, astfel încât circuitul de pornire determină direcția de funcționare.

flux Magnetic în motorul polului umbrit.

În anumite motoare monofazate mai mici, pornirea se face prin intermediul unui fir de cupru care se întoarce în jurul unei părți a unui pol; un astfel de pol este denumit un pol umbrit. Curentul indus în acest rând rămâne în urma curentului de alimentare, creând un câmp magnetic întârziat în jurul părții umbrite a feței polului. Acest lucru conferă suficientă energie de câmp de rotație pentru a porni motorul. Aceste motoare sunt de obicei utilizate în aplicații precum ventilatoare de birou și playere de discuri, deoarece cuplul de pornire necesar este scăzut, iar eficiența scăzută este tolerabilă în raport cu costul redus al motorului și metoda de pornire în comparație cu alte modele de motoare de curent alternativ.

motoarele monofazate mai mari sunt motoare cu fază divizată și au o a doua înfășurare a statorului alimentată cu curent în afara fazei; astfel de curenți pot fi creați prin alimentarea înfășurării printr-un condensator sau prin primirea unor valori diferite de inductanță și rezistență de la înfășurarea principală. În proiectele de pornire a condensatorului, a doua înfășurare este deconectată odată ce motorul este la viteză, de obicei fie printr-un comutator centrifugal care acționează asupra greutăților de pe arborele motorului, fie printr-un termistor care se încălzește și crește rezistența acestuia, reducând curentul prin a doua înfășurare la un nivel nesemnificativ. Modelele de rulare a condensatorului mențin a doua înfășurare atunci când rulează, îmbunătățind cuplul. Un design de pornire a rezistenței folosește un starter introdus în serie cu înfășurarea de pornire, creând reactanță.

motoarele cu inducție polifazice cu Pornire automată produc cuplu chiar și în staționare. Metodele disponibile de pornire a motorului cu inducție cu cușcă de veveriță includ pornirea directă on-line, pornirea reactorului cu tensiune redusă sau a autotransformatorului, pornirea stea-delta sau, din ce în ce mai mult, noi ansambluri moi în stare solidă și, desigur, unități de frecvență variabilă (VFD).

motoarele polifazice au bare de rotor în formă pentru a da caracteristici diferite de viteză-cuplu. Distribuția curentului în barele rotorului variază în funcție de frecvența curentului indus. La oprire, curentul rotorului are aceeași frecvență ca curentul statorului și tinde să se deplaseze în părțile exterioare ale barelor rotorului cuștii (prin efectul pielii). Diferitele forme de bare pot oferi caracteristici utile de cuplu de viteză, precum și un anumit control asupra curentului de pornire la pornire.

deși motoarele polifazice sunt în mod inerent auto-pornite, limitele lor de proiectare a cuplului de pornire și tragere trebuie să fie suficient de mari pentru a depăși condițiile reale de încărcare.

în motoarele rotorului înfășurat, conectarea circuitului rotorului prin inele de alunecare la rezistențe externe permite schimbarea caracteristicilor cuplului de viteză pentru controlul accelerației și controlul vitezei.

controlul Vitezeid

Rezistențăedit

curbe tipice de cuplu de viteză pentru diferite frecvențe de intrare ale motorului, de exemplu utilizate cu unități de frecvență variabilă

înainte de dezvoltarea electronicii de putere semiconductoare, era dificil să varieze frecvența, iar motoarele cu inducție cu cușcă erau utilizate în principal în aplicații cu viteză fixă. Aplicații cum ar fi macaralele electrice aeriene au folosit acționări de curent continuu sau motoare cu rotor înfășurat (WRIM) cu inele de alunecare pentru conectarea circuitului rotorului la rezistență externă variabilă, permițând o gamă considerabilă de control al vitezei. Cu toate acestea, pierderile de rezistență asociate cu funcționarea cu viteză redusă a Wrim-urilor reprezintă un dezavantaj major al costurilor, în special pentru sarcini constante. Motoare cu inel de alunecare mare, denumite sisteme de recuperare a energiei de alunecare, unele încă în uz, recuperează energia din circuitul rotorului, o rectifică și o returnează la sistemul de alimentare folosind un VFD.

CascadeEdit

viteza unei perechi de motoare cu inel de alunecare poate fi controlată printr-o conexiune în cascadă sau concatenare. Rotorul unui motor este conectat la statorul celuilalt. Dacă cele două motoare sunt, de asemenea, conectate mecanic, acestea vor funcționa la jumătate de viteză. Acest sistem a fost odată utilizat pe scară largă în locomotivele feroviare trifazate, cum ar fi FS clasa E. 333.

unitate de frecvență Variabilăedit

unitate de frecvență variabilă

Articol principal: Unitate de frecvență variabilă

în multe aplicații industriale cu viteză variabilă, unitățile DC și WRIM sunt deplasate de motoarele cu inducție cu cușcă alimentate cu VFD. Cea mai obișnuită modalitate eficientă de a controla viteza asincronă a motorului pentru multe sarcini este cu VFDs. Barierele din calea adoptării VFD-urilor din considerente de cost și fiabilitate au fost reduse considerabil în ultimele trei decenii, astfel încât se estimează că tehnologia de acționare este adoptată în până la 30-40% din toate motoarele nou instalate.

unitățile de frecvență variabilă implementează controlul scalar sau vectorial al unui motor de inducție.

cu control scalar, numai magnitudinea și frecvența tensiunii de alimentare sunt controlate fără control de fază (feedback absent prin poziția rotorului). Controlul Scalar este potrivit pentru aplicarea în cazul în care sarcina este constantă.

controlul vectorial permite controlul independent al vitezei și cuplului motorului, făcând posibilă menținerea unei viteze de rotație constante la un cuplu de sarcină variabil. Dar controlul vectorial este mai scump din cauza costului senzorului (nu întotdeauna) și a cerinței pentru un controler mai puternic.