Principio de funcionamiento
Todos nosotros en las lecciones de física de la escuela demostraron experimentos con un marco de alambre colocado en un campo de un imán permanente. Si una corriente pasa a través del marco, entonces las fuerzas de amperio actuarán sobre los conductores en las partes derecha e izquierda del marco, creando un par, y el marco con corriente girará hasta que tome una posición en la que las fuerzas de acción se equilibren entre sí.
Si hace que el campo gire, el marco con la corriente girará con él. El principio del motor síncrono se basa en este principio. Un marco con imanes es un análogo de un motor eléctrico. El marco giratorio con la corriente - el rotor. Imanes estacionarios - el estator.
Motor síncrono trifásico
Ahora es necesario forzar el estator estacionario para crear un campo magnético giratorio.
Para empezar, reemplazaremos los imanes permanentes con bobinas de corriente en los devanados del estator. Una bobina de corriente crea el mismo campo magnético que un imán. No coloque en el estator un imán de bobina, sino tres, girándolos 120 grados entre sí. Suministramos corriente alterna a estos devanados con un cambio de fase de 120 grados. Así es como se cambian las fases en una red trifásica.
El campo magnético resultante es el resultado de la suma vectorial de tres campos. El vector de inducción magnética total girará a una frecuencia de corriente alterna. En un período, el campo magnético creado por el estator del motor trifásico hace una revolución completa. El rotor, que es similar a una bobina con una corriente, gira con el campo magnético del estator a la misma velocidad. Por lo tanto, el rotor de un motor síncrono hace girar la frecuencia de la corriente alterna.
Los motores síncronos tienen el mejor rendimiento, desarrollan la máxima potencia y proporcionan una alta eficiencia. Sin embargo, hay un rotor pesado con devanados que es difícil de equilibrar. Se debe suministrar una corriente a los devanados del rotor, y esto requiere el uso de un ensamble de cepillo extremadamente poco confiable. En general, un motor síncrono es bueno, pero difícil, caro y no muy confiable.
Motor asíncrono trifásico
Cierra los extremos del cuadro corto. Conseguimos una bobina de ardilla. Nuestro estator trifásico crea un campo magnético giratorio. Deje este campo y cree una corriente en un rotor cortocircuitado.
Cuando el campo del estator gira en relación con un marco fijo, crea un flujo magnético variable en su contorno. De acuerdo con la ley de inducción electromagnética, un campo alterno induce una corriente eléctrica en el marco . La corriente crea un par de torsión, y el marco gira después del campo magnético, como en un motor síncrono.
Pero hay una diferencia fundamental. En un motor síncrono, el rotor gira simultáneamente, es decir, sincrónicamente con el campo del estator. El rotor en relación con el campo del estator es estacionario.
En un motor asíncrono, el rotor intenta alcanzar el campo giratorio, pero siempre se queda un poco atrás, como si se deslizara contra él. Si de repente la velocidad de rotación del rotor es exactamente igual a la velocidad del campo, la corriente de inducción ya no será inducida en el rotor.
La diferencia en la frecuencia de rotación del campo magnético y el rotor de un motor de inducción se denomina deslizamiento. Que aporta la presencia de corriente en el rotor.
Los motores asíncronos son menos síncronos en todas las características, pero mucho más simples, más fáciles, más confiables y más baratos. Prácticamente todos los motores eléctricos utilizados en la industria actual son motores trifásicos asíncronos.
Caracteristica mecanica
La característica mecánica del motor es la dependencia del par de torsión del eje con respecto a la velocidad de rotación.
Como ya se mencionó, la velocidad de rotación del rotor en un motor asíncrono siempre es diferente de la velocidad de rotación del campo del estator por la cantidad de deslizamiento.
Deslice S = (n1-n2) / n1, donde n1 es la velocidad de rotación del campo y n2 es la velocidad de rotación del rotor.
La característica muestra que el motor puede operar en cinco modos:
- Inactivo
- Empezar
- Modo motor.
- Modo de regeneración.
- Modo generador.
En modo inactivo, la corredera S es igual a 0. El rotor gira sincrónicamente con el campo magnético, como en un motor síncrono, y el par es 0. El modo inactivo es puramente hipotético y nunca se implementa en la práctica.
En el momento de la puesta en marcha, el rotor está quieto y S = 1. El par en S = 1 se denomina par de arranque.
Después de arrancar, el rotor entra en el modo de motor y comienza a girar, alcanzando gradualmente el campo magnético. En el modo motor 1> S> 0.
Si el rotor de repente supera el campo, entonces vendrá el modo de recuperación. En este caso, el motor envía energía a la red. En modo de recuperación, S <0.
S> 1 corresponde al modo generador. En el modo generador, el rotor se mueve hacia el flujo y genera una corriente eléctrica.
S = Sn corresponde al modo nominal. El valor nominal de deslizamiento es generalmente 2−8%.
Motor asíncrono monofásico
Incluso se puede pedir motor asíncrono trifásico.
Dejemos solo un devanado en el estator y proporcionemos una corriente eléctrica monofásica allí. Disponemos de un motor asíncrono monofásico. En este motor, el campo del estator es inmóvil ; esta es la diferencia fundamental entre un motor monofásico y un motor multifase. Sin embargo, tal motor funciona.
Un motor monofásico no puede arrancar independientemente. Nada especial en eso. Familiar para nosotros, el motor de combustión interna, también, primero debe desencadenar. En el automóvil, usamos un motor eléctrico adicional, un motor de arranque, y en una motosierra lo hacemos manualmente, tirando del cable de arranque.
Si se empuja un motor monofásico, y en cualquier dirección, acelerará y mantendrá la rotación en una dirección dada.
Si al rotor se le da una rotación en cierta dirección, se moverá junto con un campo y hacia otro.
El motor se puede representar como dos motores trifásicos, montados en un solo eje, pero incluidos en la dirección opuesta. Al arrancar, el eje está parado y los motores se equilibran entre sí.
Si el eje es desencadenado por una fuerza externa en alguna dirección, entonces un motor, lanzado en la misma dirección, estará en el modo de motor, y el otro, en el generador. La característica mecánica muestra que el par en el modo del motor es mayor que en el modo del generador, por lo tanto, el motor asociado tira.
Empezar
Para arrancar un motor eléctrico monofásico, un devanado de arranque adicional se enrolla perpendicularmente en su estator perpendicular al principal y se alimenta una corriente con cambio de fase. Para el cambio de fase en serie con el devanado se incluye un elemento de desplazamiento de fase. Como elemento de desplazamiento de fase, puede utilizar una resistencia, un estrangulador o un condensador. En cualquier caso, la impedancia total en los circuitos de bobinado principal y de inicio será diferente, y las corrientes recibirán un cambio de fase.
Más a menudo, se utiliza un condensador de cambio de fase.
Velocidad de rotacion
Las redes de nuestras compañías de suministro de energía utilizan una tensión alterna de 220/380 con una frecuencia de 50 Hz. Además, la frecuencia de CA de 50 Hz se mantiene con una precisión del 2 por ciento. Como ya sabemos, el rotor del motor eléctrico síncrono gira con la frecuencia de la corriente alterna . Es decir, a una frecuencia de red de 50 Hz, el rotor hace 50 revoluciones por segundo o 3000 revoluciones por minuto. El devanado del estator se puede dividir en secciones y hacer que el motor sea multipolar. En un motor multipolar, la velocidad disminuye con un aumento en el número de polos y es generalmente igual a 3000 / p de revoluciones, donde p es el número de polos.
Por lo tanto, la velocidad de rotación del motor eléctrico en nuestro país no puede ser superior a 3000 revoluciones por minuto. En países donde se ha adoptado una frecuencia de red de 60 Hz, por ejemplo, en los Estados Unidos, los motores eléctricos giran a una velocidad máxima de 3600 revoluciones por minuto. Y aquí estamos de nuevo detrás de América.
En un motor eléctrico síncrono la velocidad no depende de la carga. Con el aumento de la carga, el rotor de la máquina síncrona se retrasa con respecto al campo en un ángulo mayor, pero la velocidad de rotación no cambia.
En modo asíncrono, la cantidad de deslizamiento depende de la carga. Por lo tanto, a medida que aumenta la carga, la velocidad del motor eléctrico asíncrono disminuye.
Diagramas de cableado
El devanado de arranque, conectado con un cambio de fase, gira el campo magnético y convierte el motor monofásico en uno de dos fases para el momento del arranque.
El devanado adicional no está diseñado para una operación a largo plazo y debe deshabilitarse después de ingresar al modo de operación. La desconexión se realiza manualmente con un botón, con un interruptor centrífugo o con un relé térmico para calentar el devanado de arranque.
En un motor monofásico en el modo de operación, el campo magnético del estator es estacionario . Esta es su principal diferencia respecto a la multifase.
A veces se les llama erróneamente motores eléctricos monofásicos, cuyo devanado adicional está conectado a través de un condensador de forma permanente.
Es posible conectar un motor trifásico a una red monofásica, si uno de los devanados de fase está conectado a través de un condensador. Entonces, si de repente tenía un motor eléctrico trifásico industrial a su disposición, puede usarlo en una red doméstica monofásica, aunque con una pérdida de potencia y menor eficiencia.
Comparacion de motor
Síncrono
- En el rotor hay un devanado en el que fluye la corriente.
- La frecuencia de rotación del eje es la misma o un múltiplo de la frecuencia de la fuente de alimentación.
- La velocidad es estable y no cambia bajo carga.
Asíncrono
- El rotor no está conectado a la fuente de corriente.
- La frecuencia de rotación del eje por debajo de la frecuencia de la red en la cantidad de deslizamiento.
- La velocidad disminuye al aumentar la carga.
Monofásico asincrono
- El único devanado en el estator.
- Gira en cualquier dirección.
- No comienza por sí mismo.