¿Qué es un motor de inducción y cómo funciona?
El motor de inducción es simple y confiable y es por eso que se usa con mucha frecuencia en la producción y en electrodomésticos, desde el accionamiento de la válvula hasta la rotación del tambor en la lavadora. En este artículo, en palabras simples, hablaremos sobre qué son los motores eléctricos asíncronos, qué es y cómo funciona este tipo de máquina eléctrica.
Especie
Los motores de inducción (AM) se dividen en dos grupos principales:
- rotor de jaula de ardilla
- con un rotor de fase
Si omitimos los matices, la diferencia es que el motor del rotor de la jaula de ardilla no tiene cepillos y devanados pronunciados, es menos exigente en mantenimiento. Mientras que en los motores asíncronos con rotor de fase hay tres devanados conectados a anillos colectores, cuya corriente se elimina con escobillas. A diferencia del anterior, es mejor controlar el par en el eje y es más fácil realizar un arranque suave para reducir las corrientes de entrada.
El resto de los motores clasifican:
- por el número de fases de suministro: monofásico y bifásico (utilizado en la vida cotidiana cuando funciona con una red de 220 V) y trifásico (más utilizado en producción y en talleres).
- a modo de fijación - brida o en las patas.
- por modo de operación: para un modo a largo, corto plazo o repetidamente a corto plazo.
Y una serie de otros factores que afectan la elección de un producto en particular para su uso en condiciones específicas.
Se puede decir mucho sobre los motores eléctricos monofásicos: algunos de ellos se lanzan a través de un condensador y otros requieren una capacidad de arranque y funcionamiento. También hay opciones con un giro en cortocircuito, que funcionan sin condensador y se utilizan, por ejemplo, en campanas. Si está interesado, escriba los comentarios y le escribiremos un artículo al respecto.
Dispositivo
Por definición, "asíncrono" se refiere a un motor de CA en el que el rotor gira más lentamente que el campo magnético del estator, es decir, de forma asíncrona. Pero esta definición no es demasiado informativa. Para entenderlo, debe descubrir cómo está diseñado este motor.
Un motor de inducción, como cualquier otro, consta de dos partes principales: rotor y estator. "Para Dummies" en electricidad desciframos:
- El estator se llama la parte fija de cualquier generador o motor eléctrico.
- El rotor se llama la parte giratoria del motor, que impulsa los mecanismos.
El estator consta de una carcasa, cuyos extremos están cerrados por escudos de rodamientos en los que están instalados los rodamientos. Dependiendo del propósito y la potencia del motor, se utilizan rodamientos deslizantes o rodantes. El núcleo se encuentra en la carcasa, se instala un devanado. Se llama bobinado del estator.
Dado que la corriente alterna para reducir las pérdidas debidas a corrientes parásitas (Corrientes de Foucault) el núcleo del estator se extrae de placas de acero delgadas aisladas entre sí por escamas y unidas con barniz.Se suministra un voltaje de suministro a los devanados del estator, la corriente que fluye en ellos se llama corriente del estator.
El número de devanados depende del número de fases de suministro y del diseño del motor. Por lo tanto, un motor trifásico tiene al menos tres devanados conectados por un esquema de estrella o triángulo. Su número puede ser mayor y afecta la velocidad de rotación del eje, pero hablaremos de esto más adelante.
Pero con el rotor, las cosas son más interesantes, como ya se mencionó, puede estar en cortocircuito o en fase.
Un rotor de jaula de ardilla es un conjunto de varillas metálicas (generalmente de aluminio o cobre), en la figura anterior están indicadas por el número 2, soldado o relleno en el núcleo (1), cerrado por anillos (3). Este diseño se asemeja a una rueda en la que corren los roedores domesticados, por lo que a menudo se le llama "jaula de ardilla" o "rueda de ardilla" y este nombre no es argot, sino bastante literario. Para reducir los armónicos más altos del EMF y la pulsación del campo magnético, las varillas se colocan no a lo largo del eje, sino en un cierto ángulo relativo al eje de rotación.
El rotor de fase difiere del anterior en que ya tiene tres devanados, como en un estator. El comienzo de los devanados están conectados a los anillos, generalmente de cobre, se presionan sobre el eje del motor. Más adelante explicaremos brevemente por qué son necesarios.
En ambos casos, uno de los extremos del eje está conectado a un mecanismo impulsado por movimiento, es de forma cónica o cilíndrica con o sin ranuras para instalar una brida, polea y otras piezas de accionamiento mecánico.
Un impulsor, que es necesario para soplar y enfriar, se fija en la parte "trasera" del eje, y se coloca una carcasa sobre la carcasa sobre el impulsor. Por lo tanto, el aire frío se dirige a lo largo de los bordes del motor de inducción, si este impulsor no gira por alguna razón, se sobrecalentará.
El diseño del primer motor de inducción fue desarrollado por M.O. Dolivo-Dobrovolsky y lo patentó en 1889. Sin ningún cambio, ha sobrevivido hasta el presente.
Principio de funcionamiento
Las máquinas eléctricas asíncronas a menudo se denominan inducción, esto se debe a su principio de funcionamiento. Cualquier motor eléctrico entra en rotación como resultado de la interacción de los campos magnéticos del rotor y el estator, así como debido a la fuerza de amperios. A su vez, puede existir un campo magnético alrededor de un imán permanente o alrededor de un conductor a través del cual fluye la corriente. Pero, ¿cómo funciona exactamente una máquina asíncrona?
En un motor de inducción, a diferencia de otros, no hay un devanado de excitación per se, mientras que ¿tiene un campo magnético? La respuesta es simple: un motor de inducción es un transformador.
Considere el principio de su funcionamiento en el ejemplo de una máquina trifásica, ya que son ellos los que se encuentran con más frecuencia que otros.
En la figura a continuación puede ver la ubicación de los devanados en el núcleo del estator de un motor asíncrono trifásico.
Como resultado del flujo de una corriente trifásica, aparece un campo magnético giratorio en los devanados del estator. Debido al cambio de fase, la corriente fluye en uno u otro devanado, de acuerdo con esto hay un campo magnético, cuyos polos se dirigen de acuerdo con la regla de la mano derecha. Y de acuerdo con el cambio de corriente en uno u otro devanado, los polos se envían en la dirección correspondiente. Como ilustra la siguiente animación:
En el caso más simple (de dos polos), los devanados se apilan de tal manera que cada uno de ellos se compensa en 120 grados con respecto al anterior, así como el ángulo de fase del voltaje en la red de CA.
La velocidad de rotación del campo magnético del estator se llama síncrona. Obtenga más información sobre cómo gira y por qué aprenderá en el próximo video. Tenga en cuenta que en los motores de dos fases (condensadores) y monofásicos, no gira, sino que es elíptico o pulsante, y los devanados no son 3, sino 2.
Si consideramos un motor eléctrico asíncrono con un rotor de jaula de ardilla, el campo magnético del estator induce un EMF en sus barras, ya que están cerradas, entonces la corriente fluye.Debido a esto, también se produce un campo magnético.
Como resultado de la interacción de dos campos y La fuerza de amperiosactuando sobre el rotor, comienza a rotar después del campo magnético del estator giratorio, pero al mismo tiempo siempre queda un poco por detrás de la velocidad de rotación del estator MP, este retraso se llama deslizamiento.
Si la velocidad de rotación del campo magnético se llama síncrona, entonces la velocidad de rotación del rotor ya es asíncrona, de donde recibió este nombre.
En AD con un rotor de fase, las cosas son similares, excepto que un reóstato está conectado a sus anillos, que, después de que el motor ingresa al modo de operación, se retira del circuito y los devanados se cortocircuitan. Esto se muestra en el siguiente diagrama, pero en lugar de un reóstato, se usan resistencias constantes, conectadas o derivadas por contactores KM3, KM2, KM1.
Este enfoque permite un arranque suave y reduce las corrientes de entrada, al aumentar la resistencia eléctrica activa del rotor.
Para resumir:
- La corriente en los devanados del estator genera un campo magnético.
- El campo magnético conduce a la corriente en el rotor.
- La corriente en el rotor conduce a la aparición de un campo a su alrededor.
- Dado que el campo del estator gira, debido a su campo, el rotor comienza a girar detrás de él.
Deslizamiento y velocidad de rotación
La frecuencia de rotación del campo magnético del estator (n1) es mayor que la frecuencia de rotación del rotor (n2). La diferencia entre ellos se llama deslizamiento, y se denota con la letra latina S y se calcula mediante la fórmula:
S = (n1-n2) * 100% / n1
El deslizamiento no es un inconveniente de este motor eléctrico, porque si su eje girara con la misma frecuencia que el campo magnético del estator (sincrónicamente), entonces no se induciría corriente en sus barras, y simplemente no rotaría.
Ahora sobre un concepto más importante: la velocidad de rotación del rotor de un motor de inducción. Depende de 3 valores:
- frecuencia de tensión de alimentación (f);
- el número de pares de polos magnéticos (p);
- deslizamiento (S).
El número de pares de polos magnéticos determina la velocidad síncrona de rotación del campo y depende del número de devanados del estator. El deslizamiento depende de la carga y el diseño de un motor eléctrico en particular y se encuentra dentro del 3-10%, es decir, la velocidad asincrónica es muy ligeramente menor que la síncrona. Bueno, la frecuencia de la corriente alterna se fija en 50 Hz.
Por lo tanto, la velocidad de rotación del eje de un motor de inducción es difícil de regular, solo puede afectar la frecuencia de la red eléctrica, es decir, al configurar convertidor de frecuencia. Es posible reducir el voltaje del estator, pero luego disminuye la potencia en el eje, sin embargo, se utiliza una técnica de este tipo cuando se inicia el AM con el cambio de los devanados de estrella a triángulo para reducir las corrientes de arranque.
La frecuencia de rotación del campo del estator (velocidad síncrona) está determinada por la fórmula:
n = 60 * f / p
Entonces, en un motor con un par de polos magnéticos (dos polos), la velocidad síncrona es:
60 * 50/1 = 3000 rpm
Las opciones más comunes para motores eléctricos con:
- un par de polos (3000 rpm);
- dos (1500 rpm);
- tres (1000 rpm);
- cuatro (750 rpm).
La velocidad real del rotor será ligeramente menor, en un motor de inducción real se indica en la placa de identificación, por ejemplo, aquí - 2730 rpm. A pesar de esto, la gente llamará a tal motor asíncrono de acuerdo con la velocidad sincrónica o simplemente "tres mil metros".
Entonces su deslizamiento es igual a:
3000-2730*100%/3000=9%
Ámbito de aplicación
El motor eléctrico asíncrono ha encontrado aplicación en todas las áreas de la actividad humana. Los que funcionan con una fase (desde 220V) se pueden encontrar en actuadores de baja potencia o en electrodomésticos y herramientas, por ejemplo:
- en una lavadora del tipo "bebé" y otros viejos modelos soviéticos;
- en una hormigonera;
- en el abanico
- en el capó
- e incluso en cortadoras de césped del segmento de precios superiores.
En producción en redes trifásicas:
- válvulas de compuerta automáticas;
- mecanismos de elevación (grúas y cabrestantes);
- ventilación
- compresores
- Bombas
- máquinas para trabajar madera y metal y más.
AD también se usa en vehículos eléctricos, y recientemente el motor asíncrono con un devanado tipo Slavyanka y la llamada rueda de motor Duyunov se anuncian activamente en Internet, lo que puede descubrir en el video del desarrollador.
El alcance de los motores asíncronos es tan amplio que la lista por sí sola será más larga que este artículo, por lo que cada electricista debe saber cómo está organizado, para qué sirve y dónde se utiliza. Para resumir y enumerar los pros y los contras de estos dispositivos.
Pros:
- Construcción simple
- Bajo costo
- Casi sin mantenimiento.
La principal desventaja es la dificultad para ajustar la velocidad en comparación con los mismos motores de CC o máquinas colectoras universales. En consecuencia, es difícil organizar un arranque suave de máquinas grandes, y con mayor frecuencia esto se hace usando un costoso convertidor de frecuencia.
Aquí es donde terminamos con la consideración de los motores de inducción y su alcance. ¡Esperamos que después de leer el artículo comprenda qué es y cómo funciona esta máquina eléctrica!
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