O que é um motor de indução e como funciona
O motor de indução é simples e confiável, e é por isso que é frequentemente usado na produção e em eletrodomésticos, desde o acionamento da válvula até a rotação do tambor na máquina de lavar. Neste artigo, em palavras simples, falaremos sobre o que são motores elétricos assíncronos, o que é e como esse tipo de máquina elétrica funciona.
Espécies
Motores de indução (AM) são divididos em dois grupos principais:
- rotor de gaiola de esquilo
- com um rotor de fase.
Se omitirmos as nuances, a diferença é que o motor do rotor com gaiola de esquilo não possui escovas e enrolamentos pronunciados, sendo menos exigente em manutenção. Enquanto nos motores assíncronos com rotor de fase existem três enrolamentos conectados aos anéis coletores, cuja corrente é removida pelas escovas. Ao contrário do anterior, é melhor controlar o torque no eixo e é mais fácil realizar um início suave para reduzir as correntes de partida.
O restante dos mecanismos classifica:
- pelo número de fases de fornecimento - monofásicas e bifásicas (usadas na vida cotidiana quando alimentadas por uma rede de 220V) e trifásicas (mais amplamente utilizadas na produção e nas oficinas).
- por meio de fixação - flange ou patas.
- por modo de operação - para um modo longo, curto ou repetidamente curto.
E vários outros fatores que afetam a escolha de um produto específico para uso em condições específicas.
Muito pode ser dito sobre motores elétricos monofásicos: alguns deles são lançados através de um capacitor e outros requerem capacidade de partida e de trabalho. Também existem opções com uma curva em curto-circuito, que funcionam sem capacitor e são usadas, por exemplo, em coifas. Se você estiver interessado, escreva nos comentários e escreveremos um artigo sobre isso.
Dispositivo
Por definição, "assíncrono" refere-se a um motor CA no qual o rotor gira mais lentamente do que o campo magnético do estator, ou seja, de forma assíncrona. Mas essa definição não é muito informativa. Para entender, você precisa descobrir como esse mecanismo foi projetado.
Um motor de indução, como qualquer outro, consiste em duas partes principais - rotor e estator. "Para manequins" em eletricidade, deciframos:
- O estator é chamado de parte fixa de qualquer gerador ou motor elétrico.
- O rotor é chamado de parte rotativa do motor, que aciona os mecanismos.
O estator consiste em um alojamento cujas extremidades são fechadas por proteções de rolamentos nas quais os rolamentos estão instalados. Dependendo da finalidade e da potência do motor, são utilizados rolamentos deslizantes ou de rolamento. O núcleo está localizado no caso, um enrolamento é instalado nele. É chamado de enrolamento do estator.
Como a corrente está alternando para reduzir perdas devido a correntes dispersas (Correntes de Foucault) o núcleo do estator é retirado de chapas finas de aço isoladas umas das outras por escamas e coladas com verniz.Uma tensão de alimentação é fornecida aos enrolamentos do estator, a corrente que flui neles é chamada de corrente do estator.
O número de enrolamentos depende do número de fases de alimentação e do design do motor. Portanto, um motor trifásico possui pelo menos três enrolamentos conectados por um circuito em estrela ou triângulo. O número deles pode ser maior e afeta a velocidade de rotação do eixo, mas falaremos sobre isso mais tarde.
Mas com o rotor, as coisas são mais interessantes, como já mencionado, pode ser em curto-circuito ou em fase.
Um rotor de gaiola de esquilo é um conjunto de hastes metálicas (geralmente alumínio ou cobre), na figura acima são indicadas pelo número 2, soldadas ou preenchidas no núcleo (1), fechadas por anéis (3). Esse design se assemelha a uma roda na qual roedores domesticados correm, razão pela qual é frequentemente chamada de “gaiola de esquilo” ou “roda de esquilo” e esse nome não é gíria, mas é bastante literário. Para reduzir os harmônicos mais altos do campo eletromagnético e a pulsação do campo magnético, as hastes são colocadas não ao longo do eixo, mas em um determinado ângulo em relação ao eixo de rotação.
O rotor de fase difere do anterior porque já possui três enrolamentos, como em um estator. O início dos enrolamentos são conectados aos anéis, geralmente de cobre, são pressionados no eixo do motor. Mais tarde, explicaremos brevemente por que eles são necessários.
Nos dois casos, uma das extremidades do eixo é conectada a um mecanismo acionado pelo movimento, de forma cônica ou cilíndrica, com ou sem ranhuras para instalar um flange, uma polia e outras peças de acionamento mecânico.
Um impulsor é fixado na parte "traseira" do eixo, necessária para soprar e resfriar; um invólucro é colocado no invólucro sobre o impulsor. Assim, o ar frio é direcionado ao longo das bordas do motor de indução, se por algum motivo esse impulsor não girar, ele superaquecerá.
O projeto do primeiro motor de indução foi desenvolvido pela M.O. Dolivo-Dobrovolsky e ele a patenteou em 1889. Sem nenhuma alteração, ele sobreviveu até o presente.
Princípio de funcionamento
Máquinas elétricas assíncronas são freqüentemente chamadas de indução, devido ao seu princípio de operação. Qualquer motor elétrico é acionado em rotação como resultado da interação dos campos magnéticos do rotor e do estator, e também graças à força Ampere. Um campo magnético, por sua vez, pode existir ao redor de um ímã permanente ou ao redor de um condutor através do qual a corrente flui. Mas como exatamente uma máquina assíncrona funciona?
Em um motor de indução, diferentemente de outros, não há enrolamento de excitação propriamente dito, enquanto ele possui um campo magnético? A resposta é simples: um motor de indução é um transformador.
Considere o princípio de sua operação no exemplo de uma máquina trifásica, pois são eles que são encontrados com mais frequência do que outros.
Na figura abaixo, você vê a localização dos enrolamentos no núcleo do estator de um motor assíncrono trifásico.
Como resultado do fluxo de uma corrente trifásica, um campo magnético rotativo aparece nos enrolamentos do estator. Devido à mudança de fase, a corrente flui para um ou outro enrolamento, de acordo com isso, existe um campo magnético, cujos pólos são direcionados de acordo com a regra da mão direita. E de acordo com a mudança de corrente em um ou outro enrolamento, os pólos são enviados na direção correspondente. Como ilustra a seguinte animação:
No caso mais simples (bipolar), os enrolamentos são empilhados de forma que cada um deles seja compensado em 120 graus em relação ao anterior, assim como o ângulo de fase da tensão na rede CA.
A velocidade de rotação do campo magnético do estator é chamada síncrona. Saiba mais sobre como gira e por que você aprenderá no próximo vídeo. Observe que nos motores bifásicos (capacitores) e monofásicos - não é rotativo, mas elíptico ou pulsante, e os enrolamentos não são 3, mas 2.
Se considerarmos um motor assíncrono com um rotor de gaiola, o campo magnético do estator induz um CEM em suas hastes, uma vez que estão fechadas, a corrente flui.Por esse motivo, também ocorre um campo magnético.
Como resultado da interação de dois campos e Força ampèresatuando no rotor, ele começa a girar após o campo magnético rotativo do estator, mas está sempre um pouco atrás da velocidade de rotação do estator MP, esse atraso é chamado de deslizamento.
Se a velocidade de rotação do campo magnético é chamada síncrona, a velocidade de rotação do rotor já é assíncrona, da qual ele recebeu esse nome.
No AD com um rotor de fase, as coisas são semelhantes, exceto que um reostato está conectado aos seus anéis, que, após o motor entrar no modo de operação, são removidos do circuito e os enrolamentos ficam em curto-circuito. Isso é mostrado no diagrama abaixo, mas em vez de um reostato, resistores constantes são usados, conectados ou desviados pelos contatores KM3, KM2, KM1.
Essa abordagem permite uma partida suave e reduz as correntes de irrupção, aumentando a resistência elétrica ativa do rotor.
Para resumir:
- A corrente nos enrolamentos do estator gera um campo magnético.
- O campo magnético leva à corrente no rotor.
- A corrente no rotor leva ao aparecimento de um campo ao seu redor.
- Como o campo do estator gira, devido ao seu campo, o rotor começa a girar atrás dele.
Deslizamento e velocidade de rotação
A frequência de rotação do campo magnético do estator (n1) é maior que a frequência de rotação do rotor (n2). A diferença entre eles é chamada de deslizamento e é indicada pela letra latina S e calculada pela fórmula:
S = (n1-n2) * 100% / n1
O deslizamento não é uma desvantagem deste motor elétrico, porque se seu eixo girasse com a mesma frequência que o campo magnético do estator (síncrona), nenhuma corrente seria induzida em suas hastes e ela simplesmente não giraria.
Agora, sobre um conceito mais importante - a velocidade de rotação do rotor de um motor de indução. Depende de 3 valores:
- frequência de tensão de alimentação (f);
- o número de pares de pólos magnéticos (p);
- deslizamento (S).
O número de pares de pólos magnéticos determina a velocidade de rotação síncrona do campo e depende do número de enrolamentos do estator. O deslizamento depende da carga e do projeto de um motor elétrico específico e fica na faixa de 3 a 10%, ou seja, a velocidade assíncrona é um pouco menor que a síncrona. Bem, a frequência da corrente alternada é fixada em 50 Hz.
Portanto, a velocidade de rotação do eixo de um motor de indução é difícil de regular, você só pode afetar a frequência da rede, ou seja, definindo conversor de frequência. É possível diminuir a tensão do estator, mas a potência no eixo diminui, no entanto, essa técnica é usada ao iniciar o AM com a mudança dos enrolamentos de estrela para delta para reduzir as correntes de partida.
A frequência de rotação do campo do estator (velocidade síncrona) é determinada pela fórmula:
n = 60 * f / p
Assim, em um motor com um par de polos magnéticos (dois polos), a velocidade síncrona é:
60 * 50/1 = 3000 rpm
As opções mais comuns para motores elétricos com:
- um par de pólos (3000 rpm);
- dois (1500 rpm);
- três (1000 rpm);
- quatro (750 rpm).
A velocidade real do rotor será ligeiramente menor; em um motor de indução real, é indicado na placa de identificação, por exemplo, aqui - 2730 rpm. Apesar disso, as pessoas chamarão esse motor assíncrono de acordo com a velocidade síncrona ou simplesmente "três mil metros".
Então seu deslize é igual a:
3000-2730*100%/3000=9%
Âmbito de aplicação
O motor elétrico assíncrono encontrou aplicação em todas as áreas da atividade humana. Os que são alimentados por uma fase (de 220V) podem ser encontrados em atuadores de baixa potência ou em eletrodomésticos e ferramentas, por exemplo:
- em uma máquina de lavar do tipo "bebê" e outros velhos modelos soviéticos;
- em um misturador de concreto;
- no ventilador;
- no capô;
- e até cortadores de grama no segmento de preço superior.
Na produção em redes trifásicas:
- válvulas automáticas;
- mecanismos de elevação (guindastes e guinchos);
- ventilação
- compressores;
- Bombas
- máquinas para trabalhar madeira e metal e muito mais.
O AD também é usado em veículos elétricos e, recentemente, o motor assíncrono com um enrolamento do tipo Slavyanka e o chamado volante Duyunov são anunciados ativamente na Internet, que você pode descobrir no vídeo do desenvolvedor.
O escopo dos motores assíncronos é tão vasto que a lista por si só será mais longa que este artigo; portanto, todo eletricista deve saber como está organizado, para que serve e onde é usado. Para resumir e listar os prós e contras desses dispositivos.
Prós:
- Construção simples.
- Baixo custo
- Quase nenhuma manutenção.
A principal desvantagem é a dificuldade em ajustar a velocidade em comparação com os mesmos motores CC ou máquinas coletoras universais. Consequentemente, é difícil organizar a inicialização suave de máquinas grandes e, mais frequentemente, isso é feito usando um conversor de frequência caro.
É aqui que terminamos com a consideração dos motores de indução e seu escopo. Esperamos que, depois de ler o artigo, você entenda o que é e como esta máquina elétrica funciona!
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