Motorul asincron monofazat

Considerații teoretice   :

Motorul electric asincron este o masina electrica simpla,robusta,usor de manipulat,ieftina,avand un randament bun si un cuplu de pornire ridicat.El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cu sarcina (la frecventa constanta a curentului de alimentare).Ca orice masina electrica,motorul asincron este reversibil,adica,daca este antrenat de un alt motor primar la viteze suprasincrone,el functioneaza ca generator electric,iar daca i se caleaza rotorul el functioneaza ca transformator static(regulator de inductie),folosit la reglarea tensiunii retelelor.

Cand transformatorul asincron functioneaza in gol,el absoarbe un current aproape in intregime reactive(pemtru magnetizarea circuitului sau magnetic).Pentru pierderile in fier si in infasurari,mecanica si de ventilatie,el absoarbe un curent activ relativ redus.In aceasta situatie,factorul sau de putere este foarte mic la mersul in gol,deci un dezavantaj.

Motoarele electrice asincrone sunt de mai multe tipuri: cu rotorul bobinat(si inele colectoare); cu rotorul in scurtcircuit; cu rotorul in bare inalte; cu rotorul de tip Dolivo-Dobrovolski(dubla colivie).

Cele mai uitilizate sunt primele doua tipuri de motoare asincrone.

Motorul asincron monofazat are caracteristici deosebite fata de cel trifazat.Astlef,curentul de mers in gol al acestuia este de circa trei ori mai mare decat al motorului trifazat ,iar factorul de putere mai scazut cu 10-12%.

El are cuplul de pornire nul si se poate roti in orice sens(dupa impulsul care i se da initial).Randamentul sau este cu 2-4% mai mic decat al motorului trifazat.

Pentru ca motorul asincron monofazat sa poata porni totusi singur,i se mai prevede o infasurare auxiliara,decalata cu 90° electrice fata de infasurarea principala,care se alimenteaza cu un current decalat fata de cel principal.Acest lucru se realizeaza cu ajutorul unei reactante sau resistor,creandu-se astfel in motor un camp de invartire bifazat,deci un cuplu de pornire.In afara de acest mod de pornire exista si alte posibilitati,cum ar fi folosirea de condensatoare de pornire,care,de obicei,se deconecteaza cand viteza motorului a atins circa 80% din cea normala.

Principiul de funcţionare a motorului asincron monofazat:

Să considerăm că rotorul se învârteşte cu viteza unghiulară Ωr. Curentul alternativ monofazat care străbate înfăşurarea statorului, va produce un câmp magnetic pulsativ, care poate fi descompus în două câmpuri învârtitoare: unul în acelaşi sens cu rotorul, numit câmp direct şi al doilea în sens invers, viteza unghiulară a celor două câmpuri fiind aceeaşi Ω cs.

Alunecarea rotorului, faţă de câmpul direct, va fi:

(1)

iar faţă de câmpul invers va fi:

(2)

Frecvenţa câmpului rotoric indus de câmpul direct va fi deci f 21=s f 1 , la fel ca la motorul asincron trifazat. Frecvenţa curentului rotoric indus însă de câmpul magnetic invers se deduce în mod analog, adică:

sau

şi rezultă:

sau

Dar s+s’=2 (din relaţiile (1) şi (2)) şi deci:

În circuitul rotoric se induc deci curenţi de frecvenţe diferite şi anume: sf 1 şi

(2-s)f 1corespunzător celor două câmpuri magnetice învârtitoare, asupra rotorului se vor exercita două cupluri distincte M I şi M II , de sens contrar, astfel încât cuplul rezultant va fi:

La pornire, când s=1, frecvenţa curenţilor din înfăşurarea rotorică va fi aceeaşi, adică:

Deci şi cele două cupluri vor fi egale, iar cuplul rezultant va fi zero. Rezultă că motorul nu poate porni din starea de repaus. Dacă într-un mod oarecare (de exemplu printr-un impuls manual) se imprimă rotorului o turaţie iniţială, va rezulta s≠ s ' și M I ≠ M II deci cuplul rezultant va fi diferit de zero şi motorul va porni. Rotorul motorului va continua să se învârtească în sensul corespunzător vitezei iniţiale (dacă cuplul motor rezultant este mai mare decât cuplul rezistent de la arbore).În concluzie, motorul asincron monofazat dezvoltă un cuplu motor numai dacă rotorul are o viteză iniţială. Această viteză iniţială nu se imprimă manual, ci pe cale electromagnetică şi anume utilizând o înfăşurare suplimentară, B, numită înfăşurare de pornire, ca se pune pe stator decalată faţă de înfăşurarea principală cu un unghi de 90°(Fig.1).

Dacă se leagă un condensator în serie cu înfăşurarea de pornire, a cărui capacitate C se alege în aşa fel încât curentul ce străbate înfăşurarea de pornire să fie decalat înainte cu 90°faţă de curentul ce străbate înfăşurarea principală, atunci se va forma un sistem bifazat de curenţi care vor produce un singur câmp magnetic învârtitor. Deci închizând întrerupătoarele K2și K1 motorul va porni ca motor bifazat, iar după ce turaţia rotorului a crescut suficient, întrerupătorul K2 se deschide şi motorul continuă să se învârtească ca motor monofazat. Înfăşurarea de pornire este dimensionată să funcţioneze numai la pornire şi din această cauză nu se admite menţinerea ei în circuit.

Variaţia momentului cuplului motor în funcţie de alunecare este reprezentată în fig.2.

Curba 1 reprezintă variaţia M(s) pentru o rezistenţă R2 egală cu rezistenţa înfăşurării rotorice; curba 2 corespunde unei rezistenţe R2 , mai mari, adică în circuitul rotoric se introduce o rezistenţă suplimentară, iar curba 3 corespunde unei rezistenţe şi mai mare, decât în cazul curbei 2.

Se observă că în cazul motorului asincron monofazat, rezistenţă suplimentară introdusă în circuitul rotoric micşorează valoarea maximă a cuplului motor şi măreşte alunecarea la care cuplul este maxim (aceasta se explică prin creşterea cuplului creat de câmpul magnetic invers, odată cu creşterea rezistenţei circuitului rotoric).

Motoarele asincrone monofazate au o serie de dezavantaje, în comparaţie cu cele trifazate şi anume:

- lipsa cuplului motor la pornire;- capacitatea de suprasarcină este mult mai mică, datorită existenţei cuplului motor produs de

câmpul magnetic invers;- randament mai mic;- factor de putere mai mic cu 10-12%.

Masina de spalat cu doua turatii ‘Cugir’

Din punctul de vedere al numarului de infasurari bobinate pe stator, motoarele de inductie de curent alternativ se clasifica in general in doua mari categorii:Motoare de inductie monofazateMotoare de inductie trifazate

Infasurarilor bobinate pe stator li se datoreaza generarea campului magnetic invartitor care pune in miscare rotorul.

Daca la motorul de inductie trifazat campul magnetic invartitor este creat in mod natural in stator, datorita insasi naturii alimentarii, fiind singurul tip care se bucura de acest avantaj, nu la fel stau lucrurile in cazul motorului de inductie de curent alternativ monofazat, care, pentru crearea campului magnetic invartitor necesita componente auxiliare.Comparativ cu celelalte tipuri existente in exploatare, motorul de inductie monofazat este probabil cel mai raspandit acolo unde nu este disponibila o retea trifazata de alimentare, prezentand o serie de avantaje: ieftin, fiabil, cheltuieli minime cu mentenanta.

Toate motoarele de inductie monofazate au clasicul rotorul de tip "colivie de veverita" (in scurtcircuit). Alimentand statorul cu tensiunea alternativa monofazata, curentul produce un camp magnetic pulsatoriu, care nu poate genera cuplul necesar rotatiei, rotorul va vibra dar nu se va roti, astfel ca fi necesar un mechanism auxiliar de pornire.

Mecanismul auxiliar de pornire al motorului de inductie monofazat include in majoritatea cazurilor o infasurare auxiliara bobinata pe stator, cunoscuta popular sub denumirea de "bobina ajutatoare".

Aceasta infasurare de pornire poate avea in serie un condensator si/sau un contact centrifugal care o deconecteaza dupa pornire, la atingerea a 75% din turatia nominala a motorului. Exista mai multe tipuri de astfel motoare monofazate care difera in ceea ce priveste mecanismul de pornire, unul din acestea fiind cel din prezenta aplicatie, motorul PSC (Permanent Split Capacitor).

Acest motor are un condensator conectat permanent in serie cu infasurarea de pornire, ceea ce face ca aceasta sa devine infasurare auxiliara odata ce rotorul a atins turatia nominala.

Intrucat condensatorul trebuie proiectat pentru functionare continua si nu doar pentru pornire, acesta nu poate produce efectul clacicului condenasator de pornire (cuplu de la 200% la 400% din cuplul maxim), cuplul de pornire al motorului PSC este relativ mic, de la 30% la 150% din cuplul maxim. Astfel, motorul PSC are curentul de pornire redus, uzual mai mic de 200% din curentul maxim, ceea ce-l face excelent pentru aplicatii cu porniri/opriri dese. Are o serie de avantaje, poate fi proiectat pentru un randament optim si un factor de putere ridicat la sarcina maxima, este considerat cel mai fiabil dintre motoarele monofazate, in principal datorita faptului ca nu necesita contact centrifugal de pornire.

Un astfel de motor este si cel care echipeaza masinile de spalat automate din generatia cunoscutelor "Automatic"-Cugir, intalnit in multe alte masini similare, in care este inserat prin intermediul unei cuple standard cu 5 contate de tip papuc Faston 6.3mm.

O schema tipica de conectare a acestui motor intr-o masina de spalat automata, comanda acestuia fiind realizata prin intermediul unui programator electromecanic este urmatoarea:

Motoarele recuperate de la astfel de masini iesite din uz pot fi reutilizate intr-o serie de alte aplicatii, fiind bine cunoscuta fiabilitatea acestora.

Daca elementul prin care se conecteaza intr-un montaj de automatizare nu este un programator, cum este cazul destinatiei initiale, se pot imagina cateva scheme simple care sa permita atat pornirea-oprirea, protectia, selectia turatiei dorite, cat si schimbarea sensului de rotatie daca este cazul, cu componente montate intr-un mic tablou electric, eventual portabil.

.

Urmatoarea schema utilizeaza contactoare de curent alternativ si asigura selectarea celor 2 turatii, cu interblocarea comenzilor. Fiecare din cele 2 contactoare trebuie sa aiba cate 4 contacte, respectiv 3 contacte normal-deschis si 1 contact normal-inchis.

Se prezinta in continuare o varianta care utilizeaza contactoare avand contacte numai de tipul normal-deschis. Sunt necesare doua contactoare avand fiecare cate trei astfel de contacte, schema fiind urmatoarea:

Selectarea turatiei se face cu comutatorul S3 de tip SPDT (single pole, double throw switch). Ca mod de lucru, mai intai se fixeaza acest comutator pe una din pozitiile "LENT" sau "RAPID", in functie de turatia dorita, 420 sau 2840 rotatii pe minut. Vor fi astfel selectate unul din contactoarele K1, K2. Apoi se apasa butonul S2 ("START"), efectul fiind cuplarea contactorului selectat. Odata contactorul cuplat, acesta se automentine si dupa eliberarea butonului S2, datorita contactului montat in paralel cu acest buton. Celelalte 2 contacte introduc in circuit infasurarile corespunzatoarele ale motorului, respectiv configuratia 12 poli - 420 rot/min cuplata de catre K1 (bornele 3 si 6 ale mufei), sau configuratia 2 poli - 2840 rot/min cuplata de catre K2(bornele 2 si 5 ale mufei). Borna 4 a mufei de cuplare a motorului este comuna pentru ambele turatii, astfel ca aceasta e cuplata permanent fara a fi conditionata de contactele contactoarelor.Schema este conceputa astfel incat trecerea de la o turatie la alta nu e posibila fara intreruperea tensiunii de alimentare a motorului. Daca de exemplu, S3 este pe pozitia "LENT" si in timpul functionarii se actioneaza comutatorul S3 pentru trecerea pe pozitia "RAPID", pe durata de zbor a contactului intre cele 2 pozitii alimentarea bobinei contactorului K1 se intrerupe, contactele acestuia se deschid, tensiunea de alimentare nu se mai aplica motorului, deschizandu-se in acelasi timp si contactul de automentinere. Pentru repornirea motorului va trebui din nou apasat butonul S2.

Oprirea normala sau de avarie se face apasand butonul S1 de tipul cu revenire, avand un contact normal inchis.

Motor de curent alternativ cu colector

Motorul de curent alternativ cu colector este un motor alimentat în curent alternativ, prevăzut cu înfăşurare rotorică de tip ineluş, cu colector (asemănătoare cu a motorului de curent continuu). Se construiesc motoare de curent alternativ cu colector monofazate, cele mai răspândite fiind cele monofazate serie cu colector şi cu repulsie şi trifazate, cel mai frecvent cu înfăşurarea rotorului conectată în derivaţie.

Motorul serie monofazat are statorul confecţionat din tole în care sunt practicate 4p crestături mari, în care se aşează înfăşurarea de excitaţie, şi un număr mare de crestături mici, pentru înfăşurarea de compensaţie. Polul auxiliar, pe care se află înfăşurarea de comutaţie, se află între două crestături mari vecine. Toate înfăşurările sunt înseriate cu înfăşurarea indusului. Caracteristicile mecanice sunt asemănătoare cu ale motorului de curent continuu cu excitaţie în serie. Reglarea turaţiei se obţine prin modificarea tensiunii de alimentare. Comutaţia este mai dificilă decât la motorul de curent continuu, din cauza tensiunii electromotoare induse în secţia care comută de către fluxul magnetic alternativ (tensiunea transformatorică). Pentru ameliorarea comutaţiei se folosesc diferite scheme de şuntare a excitaţiei sau se alimentează motorul la frecvenţă redusă (de exemplu, motorul de tracţiune electrică de pe locomotivele alimentate la 15 kV monofazat, 16 2/3 Hz).

Motorul universal poate funcţiona atât în curent continuu cit şi în curent alternativ. Se construieşte pentru puteri mici şi turaţii mari (15.000-18.000 rotaţii/minut) şi se foloseşte la acţionarea unor scule portabile (de exemplu, maşini de găurii) sau aparate electrocasnice (de exemplu, aspiratoare de praf. roboţi de bucătărie etc.). Motorul cu repulsii - poate fi cu perii fixe şi două înfăşurări pe stator (motorul Atkinson) sau cu perii decalatule şi o singură înfăşurare pe stator (cel mai răspândit). Periile sunt scurtcircuitate, ceea ce permite construirea rotorului pentru tensiuni mici şi alimentarea statorului cu tensiuni mari. Se utilizează la puteri de 0,4-75 kW în acţionări reglabile (de exemplu, în industria textilă) şi la maşini de ridicat (până la 150 kW). Domeniul de reglare a turaţiei prin decalarea periilor este de (0,7-1,1)nsincron, la cuplu nominal, şi (0,4-1,2)nsincron, la cuplu redus. Datorită caracteristicilor mecanice de tip serie, motorul cu repulsie se poate ambala în gol, motiv pentru care se utilizează întreruptoare centrifugale care îl deconectează la depăşirea-unei turaţii impuse.