La scienza dell'elettricità nei secoli XIX e XX si stava sviluppando rapidamente, il che portò alla creazione di motori elettrici asincroni. Con questi dispositivi, lo sviluppo dell'industria ha fatto un enorme balzo in avanti ed è ormai impossibile immaginare fabbriche e impianti senza l'assistenza delle macchine asincrone.
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Storia
La storia del motore asincrono risale al 1888 quando Nikola Tesla brevettò un circuito di motore elettrico, lo stesso anno un altro scienziato elettrico Gallileo Ferraris ha pubblicato un articolo sugli aspetti teorici della macchina asincrona.
Nel 1889 un fisico russo Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky ha ottenuto un brevetto in Germania per un motore elettrico asincrono trifase.
Tutte queste invenzioni hanno permesso di migliorare le macchine elettriche e hanno portato all'uso di massa delle macchine elettriche nell'industria, che hanno accelerato notevolmente tutti i processi di fabbricazione, migliorato l'efficienza e ridotto l'intensità del lavoro.
Attualmente, il motore elettrico più usato nell'industria è il prototipo della macchina elettrica creata da Dolivo-Dobrovolsky.
Progettazione e principio di funzionamento del motore asincrono
I componenti principali di un motore elettrico asincrono sono lo statore e il rotore, separati tra loro da un traferro. Il lavoro attivo nel motore è svolto dagli avvolgimenti e dal nucleo del rotore.
L'asincronia del motore è definita come la differenza tra la velocità del rotore e la velocità del campo elettromagnetico.
Statore - è una parte fissa del motore la cui anima è fatta di acciaio elettrico ed è montata nel telaio di base. Il telaio è fuso in un materiale che non è magnetico (ad esempio, ghisa, alluminio, ecc.).ghisa, alluminio). Gli avvolgimenti dello statore sono un sistema trifase in cui i fili sono disposti in fessure con un angolo di deflessione di 120 gradi. Gli avvolgimenti sono collegati alla rete in circuiti a stella o a triangolo come standard.
Il rotore - è la parte mobile del motore. I rotori dei motori asincroni sono di due tipi: a gabbia di scoiattolo e a fase. Questi tipi differiscono nel design dell'avvolgimento del rotore.
Motore a induzione con rotore a gabbia di scoiattolo
Questo tipo di macchina elettrica fu brevettato per la prima volta da M.O. Dolivo-Dobrovolsky ed è popolarmente chiamato "ruota degli scoiattoli" a causa del suo aspetto. L'avvolgimento del rotore in cortocircuito consiste in barre di rame in cortocircuito (alluminio, ottone) e sono inseriti nelle fessure di avvolgimento del nucleo del rotore. Questo tipo di rotore non ha contatti in movimento, quindi questi motori sono molto affidabili e durevoli nel funzionamento.
Motore asincrono con un rotore di fase
Questo dispositivo permette di variare la velocità su un'ampia gamma. Il rotore trifase è un avvolgimento trifase collegato a stella o a delta. Questi motori sono dotati di spazzole speciali che possono essere utilizzate per controllare la velocità del rotore. Se si aggiunge un reostato speciale al meccanismo di un tale motore, la resistenza di avvio del motore sarà ridotta e le correnti di spunto, che hanno un effetto deleterio sulla rete e sul dispositivo stesso, saranno minimizzate.
Principio di funzionamento
Quando la corrente elettrica è applicata agli avvolgimenti dello statore, si genera un flusso magnetico. Poiché le fasi sono sfalsate l'una rispetto all'altra di 120 gradi, questo provoca la rotazione del flusso negli avvolgimenti. Se il rotore è in cortocircuito, questa rotazione genera una corrente nel rotore che crea un campo elettromagnetico. Interagendo tra loro, i campi magnetici del rotore e dello statore fanno ruotare il rotore del motore elettrico. Se il rotore è sfasato, la tensione è applicata allo statore e al rotore simultaneamente, un campo magnetico appare in ogni meccanismo, interagiscono tra loro e fanno ruotare il rotore.
Vantaggi dei motori asincroni
| Con rotore a gabbia di scoiattolo | Con rotore ad avvolgimento di fase |
|---|---|
| 1. Dispositivo e circuito di avviamento semplice | 1. Bassa corrente di avviamento |
| 2. Basso prezzo di produzione | 2. Velocità variabile. |
| 3. La velocità dell'albero non cambia con l'aumento del carico. | 3. Funzionamento con bassi sovraccarichi senza variazione di velocità. |
| 4. In grado di resistere a sovraccarichi di breve durata. | 4. Può applicare un avvio automatico |
| 5. Affidabile e durevole nel funzionamento | 5. Ha una coppia elevata |
| 6. Adatto a qualsiasi condizione di lavoro | |
| 7. Ha un'alta efficienza |
Svantaggi dei motori asincroni
| Con rotore a gabbia di scoiattolo | Con rotore ad avvolgimento di fase |
|---|---|
| 1. La velocità del rotore non può essere controllata | 1. sovradimensionato |
| 2. Bassa coppia di avviamento | 2. Minore efficienza |
| 3. Alta corrente di avviamento | 3. Manutenzione frequente a causa di spazzole usurate |
| 4. Una certa complessità nel design e nei contatti in movimento |
I motori asincroni sono dispositivi molto efficienti con buone caratteristiche meccaniche e sono quindi il tipo di motore più utilizzato.
Modalità di funzionamento
Un motore elettrico asincrono è un meccanismo versatile e ha diverse modalità di funzionamento in termini di durata:
- Continuo;
- Tempo breve;
- Intermittente; Periodico;
- Intermittente;
- Speciale.
Funzionamento continuo - Il modo di funzionamento di base dei dispositivi asincroni, che è caratterizzato dal funzionamento continuo del motore elettrico senza arresti con un carico costante. Questo modo di funzionamento è il più comune e viene utilizzato negli impianti industriali di tutto il mondo.
Funzionamento a breve termine - Viene eseguito fino al raggiungimento di un carico costante per un tempo specificato (Da 10 a 90 minuti) senza avere abbastanza tempo per riscaldarsi. Dopo questo tempo, si spegne. Questa modalità è utilizzata per il trasporto di fluidi (acqua, olio, gas, ecc.).acqua, petrolio, gas) e altre situazioni.
Funzionamento intermittente - La durata del funzionamento è fissa e, al termine del ciclo di lavoro, si spegne. Modalità di funzionamento start-operate-stop. Può essere spento per un periodo di tempo prima che abbia il tempo di raffreddarsi alle temperature esterne e poi riacceso.
Funzionamento intermittente - Il motore non si scalda fino alla temperatura massima, ma non si raffredda nemmeno fino alla temperatura ambiente. Si usa in ascensori, scale mobili, ecc.
Modo speciale - La durata e il periodo di attivazione sono arbitrari.
In ingegneria elettrica c'è un principio di reversibilità delle macchine elettriche - questo significa che il dispositivo può sia convertire l'energia elettrica in energia meccanica che eseguire l'azione inversa.
Anche i motori asincroni sono conformi a questo principio e hanno una modalità motore e una modalità generatore.
Funzionamento del motore - è il modo di funzionamento di base di un motore elettrico asincrono. Quando si applica tensione agli avvolgimenti, si genera una coppia elettromagnetica che trascina il rotore con l'albero e così l'albero comincia a ruotare, il motore arriva a una velocità costante, eseguendo un lavoro utile.
Modalità generatore - si basa sul principio che la corrente elettrica negli avvolgimenti del motore è generata dalla rotazione del rotore. Se il rotore del motore viene ruotato meccanicamente, si genera una forza elettromotrice negli avvolgimenti dello statore, con un condensatore negli avvolgimenti, si genera una corrente capacitiva. Se la capacità del condensatore ha un certo valore, a seconda delle caratteristiche del motore, il generatore si autoeccita e si verifica un sistema di tensione trifase. Il motore a gabbia di scoiattolo funzionerà quindi come un generatore.
Controllo della velocità per motori asincroni
Esistono i seguenti metodi per regolare la velocità dei motori elettrici asincroni e per controllare le loro modalità di funzionamento:
- Frequenza - cambiando la frequenza della corrente nella rete elettrica, si cambia la velocità del motore elettrico. Per questo metodo viene utilizzato un dispositivo chiamato convertitore di frequenza;
- Reostato - cambiando la resistenza del reostato nel rotore, la frequenza di rotazione cambia. Questo metodo aumenta la coppia di avviamento e lo scorrimento critico;
- Pulsato - il metodo di controllo in cui un tipo speciale di tensione viene applicato al motore.
- Gli avvolgimenti sono commutati da stella a delta mentre il motore elettrico è in funzione, il che riduce le correnti di avviamento;
- Controllo con cambio di coppie di poli per rotori a gabbia di scoiattolo;
- Collegamento di una resistenza induttiva per motori a rotore di fase.
Con lo sviluppo dei sistemi elettronici, il controllo di vari motori asincroni sta diventando sempre più efficiente e preciso. Questi motori sono utilizzati ovunque nel mondo, la varietà dei compiti svolti da questi meccanismi aumenta di giorno in giorno, e la necessità di essi non diminuisce.
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