O uso de motores assíncronos na indústria. Escopo de motores elétricos síncronos
Pergunta 13: Onde são usados os motores de indução gaiola de esquilo?
Resposta 13:
Motores assíncronos com rotor em gaiola de esquilo são usados em acionamentos elétricos (com controle de velocidade), transportadores, mecanismos de elevação, instalações de ventiladores, compressores, bombas de injeção (líquido), misturadores diversos (concreto, massa), moinhos de bolas, britadeiras, serrarias , acionamentos de máquinas-ferramentas.
Perguntas do teste
O que é chamado de máquina corrente alternada?
Liste os modos de operação das máquinas AC.
Quais indicadores podem ser usados para determinar o modo de operação máquina assíncrona?
O que é um momento eletromagnético? Unidades.
Qual é a direção do vetor de indução magnética de uma bobina com corrente? Traga um desenho.
Quão Energia elétrica O INFERNO consumido da rede é convertido em energia mecânica de rotação do rotor?
Como se chama o número de pares de pólos da máquina?
O princípio de operação do IM monofásico (com um enrolamento de partida
O princípio de operação do IM monofásico (2 enrolamentos) com um capacitor de deslocamento de fase. ?
Tópico № 6. ESTUDO DO MOTOR DC DE EXCITAÇÃO PARALELA
Objetivos do trabalho: 1) familiarize-se com o dispositivo e o princípio de operação, partida e métodos de regulação da velocidade do motor corrente direta excitação paralela;
2) estudar as principais características do motor e o método de sua remoção.
O trabalho é realizado em um suporte universal (Fig. 47). Como uma carga de motor CC M 1 motor assíncrono trifásico usado M 2 operando no modo de freio dinâmico. Para que um motor assíncrono funcione como freio, seu enrolamento do estator é alimentado com corrente contínua de uma ponte retificadora conectada ao circuito secundário de um autotransformador. T. Ao girar o motor do autotransformador, a corrente de freio é ajustada 
e, assim, definir o torque de frenagem necessário no eixo do motor. Um amperímetro é usado para medir a corrente do freio. AR 1. O autotransformador é conectado à rede AC por um switch Q 1.
No circuito de armadura do motor em estudo M 1 reostato de partida incluído 
, no circuito de enrolamento de excitação - reostato de ajuste 
e amperímetro AR 3, medindo a corrente de acionamento. O motor é conectado à rede DC por um interruptor Q 2. Voltagem da rede você medido com um voltímetro fotovoltaica e a corrente do motor 
- amperímetro AR 4.
O circuito elétrico do suporte é mostrado na fig. 46. A velocidade do motor é medida com um tacômetro não mostrado no diagrama. Escala este aparelho calibrado em rpm (com um fator de 2/3).
perguntas do teste
Questão 1. Explique o dispositivo e o princípio de funcionamento do motor de excitação paralela.
Resposta 1: Um motor DC é usado para converter energia elétrica DC em energia mecânica. Motor excitação paralela, consiste em duas partes principais: uma fixa - o estator e uma rotativa - o rotor. O projeto e o diagrama de conexão elétrica são mostrados na Fig. 48 e na Fig. 49, respectivamente.
O estator é uma caixa de aço - uma estrutura, na superfície cilíndrica interna da qual os núcleos dos pólos com pontas dos pólos são fixados. As bobinas são colocadas nos núcleos, que compõem o enrolamento de excitação conectado a uma fonte de corrente contínua. O enrolamento de excitação está localizado nos pólos principais (principais) e cria o fluxo magnético principal do motor. Além dos polos principais na estrutura, pode haver polos adicionais projetados para melhorar a comutação.
O rotor consiste em uma armadura e um coletor, que são montados no mesmo eixo e são mecanicamente uma peça única. A armadura é um núcleo cilíndrico montado a partir de chapas de aço elétricas para reduzir as perdas magnéticas. Em suas ranhuras, é colocado um enrolamento, feito de seções separadas conectadas entre si e com placas coletoras.
O coletor é um cilindro formado por placas de cobre separadas, isoladas umas das outras e do eixo da armadura. Escovas fixas de grafite (cobre-grafite) são sobrepostas ao coletor, através do qual o enrolamento da armadura é conectado a uma fonte de corrente contínua. O coletor e as escovas são projetados para mudar a direção da corrente nos condutores do enrolamento da armadura quando se movem da zona do polo magnético de uma polaridade (por exemplo, o polo norte) para a zona do polo de outra polaridade - (pólo Sul). Devido a isso, o sentido de rotação da armadura permanece inalterado.
Quando o motor está conectado a uma fonte CC, correntes aparecem nos enrolamentos de campo e armadura ( 
e 
) Como resultado da interação da corrente de armadura com o fluxo magnético criado pelo enrolamento de excitação, surge uma força Ampere e, consequentemente, um torque eletromagnético:
,
Onde 
- coeficiente dependendo dos parâmetros de projeto do motor; 
- corrente de armadura; 
é o fluxo magnético da máquina.
Torque útil no eixo do motor M menos torque eletromagnético pelo valor das perdas sem carga 
devido a perdas mecânicas e magnéticas.
Em regime permanente, o torque é igual ao torque de frenagem
.
Quando a armadura gira, seus condutores cruzam o campo magnético e uma EMF é induzida neles 
, Onde 
- frequência de rotação da âncora; 
- o valor é constante para esta máquina.
Como a EMF é direcionada contra a corrente de armadura, ela é chamada de contra-EMF.
O artigo aborda algumas áreas de aplicação de motores elétricos síncronos, que apresentam excelentes características ao girar acionamentos potentes. As próprias máquinas elétricas síncronas podem desenvolver potência de até 20 mil kW.
Os motores síncronos diferem dos motores assíncronos em potência e carga útil muito maiores. Mudanças na corrente de excitação permitem ajustar a carga nelas. Diferente motores de indução em síncrono sob cargas de choque, a velocidade permanece constante, o que permite que sejam utilizados em diversos mecanismos nas indústrias metalúrgicas e metalúrgicas.
Motores com ação síncrona são capazes de desenvolver uma potência de até 20 mil kW, o que é muito importante para acionar os atuadores de máquinas de processamento potentes em engenharia mecânica e outras indústrias. Por exemplo, em guilhotinas de alto desempenho, onde há grandes cargas de choque no rotor do motor.
Motores elétricos síncronos são usados com sucesso como fontes potência reativa nos nós de carga para manter um nível de tensão estável. Muitas vezes, motores com um princípio de operação síncrono são usados como máquinas de energia em unidades de compressores de alta capacidade.
Motores potentes são feitos usando um sistema de contraventilação, no qual as pás do ventilador estão localizadas no rotor. Um motor síncrono econômico e confiável garante a operação eficiente e econômica do equipamento de bombeamento.
Uma característica importante das máquinas elétricas síncronas é a manutenção de uma velocidade de rotação constante, importante para a rotação de acionamentos na forma de bombas, compressores, ventiladores e vários geradores corrente alternada. Também é valioso poder regular corrente reativa devido a variações na corrente de excitação dos enrolamentos da armadura. Devido a isso, o índice de cosseno φ aumenta em todas as faixas de operação, o que aumenta a eficiência dos motores e reduz as perdas nas redes elétricas.
Os próprios motores com um princípio de operação síncrono são resistentes às flutuações de tensão na rede e fornecem uma velocidade de rotação constante quando ocorrem. Os motores elétricos síncronos, quando a tensão de alimentação diminui, retêm uma capacidade de sobrecarga maior do que os assíncronos. A capacidade de aumentar a corrente de excitação durante quedas de tensão aumenta a confiabilidade de sua operação em caso de quedas de emergência na tensão de alimentação da rede elétrica.
Máquinas elétricas síncronas são econômicas em potências acima de 100 kW e são usadas principalmente para girar ventiladores potentes, compressores e outras usinas de energia. Como desvantagens das máquinas síncronas, pode-se notar sua complexidade de projeto, a presença de excitação externa dos enrolamentos do rotor, a dificuldade de partida e as características de custo bastante alto.
O princípio de funcionamento de um motor elétrico síncrono é baseado na interação da rotação do campo magnético da armadura com Campos magnéticos pólos do indutor. A armadura geralmente está localizada no estator e o indutor no rotor móvel. Em altas potências, os eletroímãs servem como pólos, enquanto a corrente contínua é fornecida ao rotor através de contatos de anel deslizante.
Motores de baixa potência usam ímãs permanentes localizados no rotor. Existem também máquinas síncronas com princípio de funcionamento invertido, quando a armadura é colocada no rotor e o indutor no estator. No entanto, esse design é usado em motores de designs mais antigos.
Máquinas elétricas síncronas podem operar em modo gerador, quando a armadura está localizada no estator para facilitar a seleção da eletricidade gerada. Geradores potentes operando em usinas hidrelétricas são baseados neste princípio.
Atualmente, quase todos os acionamentos elétricos são acionamentos não regulados com motores assíncronos. Eles são amplamente utilizados no fornecimento de calor, abastecimento de água, sistemas de ar condicionado e ventilação, unidades de compressor e outras áreas. Graças ao controle de velocidade suave, na maioria dos casos é possível dispensar bobinas, variadores, redutores e outros dispositivos de controle, o que simplifica muito o sistema mecânico, reduz seus custos operacionais e aumenta a confiabilidade.
A partida do motor, quando conectada através de um conversor de frequência, é realizada de forma suave, sem choques e correntes de partida, o que reduz a carga nos mecanismos e no motor, aumentando sua vida útil. O uso de um acionamento elétrico ajustável permite economizar até oitenta por cento de eletricidade. Tais economias são alcançadas devido à eliminação de custos improdutivos em dispositivos de controle. Nos sistemas de abastecimento de água, tal regulação permite economizar não apenas energia elétrica, mas também água, além de reduzir o número de acidentes por danos nas tubulações.
Os conversores de frequência são usados com mais sucesso em bombas de bombeamento adicionais em sistemas de fornecimento de calor e água. Tais sistemas são caracterizados pelo consumo de água desigual dependendo da estação, dia da semana e hora do dia. Com uma quantidade constante de água fornecida durante o período de sua análise aumentada, a pressão enfraquece significativamente e, com uma diminuição da vazão na linha, a pressão aumenta, o que não apenas leva a perdas de água, mas também aumenta o risco de ruptura da tubulação. O uso de um conversor de frequência permite regular o abastecimento de água de duas maneiras - de acordo com um determinado cronograma ou levando em consideração o fluxo real de água - isso permite determinar o sensor de pressão ou o medidor de nível. O abastecimento de água regulado permite reduzir pela metade o custo da eletricidade, reduzir significativamente o consumo de calor e água.
O controle preciso da velocidade de rotação é necessário na produção de fios de polímero, papel, arame, tecido de vidro. A utilização de um conversor de frequência em tais processos permite obter produtos de alta qualidade, aumentar a produtividade, eliminar quebras, enquanto o material durante o enrolamento terá uma tensão igual em toda a espessura do rolo. Se o processo tecnológico exigir a movimentação de produtos em velocidade constante, vários conversores de frequência são usados, início suave e parar, mudança de velocidade stepless.
Hoje, o escopo dos motores elétricos é muito extenso e um dos tipos de motor mais populares e usados é o assíncrono Motor elétrico. Mas o próprio motor elétrico assíncrono é dividido em dois tipos:
- com enrolamento do rotor em curto-circuito (rotor gaiola de esquilo), rotor de fase;
- Motor Schrage-Richter (alimentado pelo lado do rotor).
Aplicação de motores elétricos assíncronos
Os motores assíncronos podem operar em dois modos de operação: como gerador e como motor elétrico. Isso mostra que eles podem ser usados como uma fonte corrente elétrica em fontes de energia móveis autônomas.
A utilização de motores assíncronos como força de tração é mais extensa e afeta muitas áreas da vida humana. Eles encontraram ampla aplicação tanto em eletrodomésticos de baixa potência quanto em equipamentos tecnológicos de empresas e agricultura.
Tipos de falhas principais, seus diagnósticos e reparos necessários de um motor elétrico assíncrono
Embora motores elétricos assíncronos têm alta confiabilidade e baixo custo de fabricação, o que levou à sua popularidade, eles, no entanto, falham. Algumas avarias de motores elétricos só podem ser diagnosticadas em equipamentos especializados e requerem reparação numa fábrica para a produção e reparação de motores elétricos. No entanto, existem avarias que você mesmo pode diagnosticar e eliminar, o que é possível nas condições de sua produção.
Uma dessas falhas é que o motor elétrico não pega a velocidade normal na partida ou não gira. As causas deste mau funcionamento podem ser de natureza elétrica ou mecânica. As causas elétricas incluem uma interrupção interna no enrolamento do rotor ou do estator, conexões quebradas no equipamento de partida ou uma interrupção na rede de alimentação. Se houver uma quebra nos enrolamentos internos do motor, se eles estiverem conectados de acordo com o esquema "triângulo", você deverá primeiro abri-los. Depois disso, usando um megôhmetro, é determinada a fase em que ocorreu a quebra. Depois de determinar a ruptura, o enrolamento do motor é rebobinado e remontado e instalado no lugar.
Subtensão na rede, contatos ruins no enrolamento do rotor ou alta resistência no circuito do rotor de um motor de rotor bobinado fazem com que o motor gire a plena carga abaixo da velocidade nominal. Maus contatos no enrolamento são detectados aplicando tensão (20 -25% da nominal) ao estator do motor. Ao mesmo tempo, o rotor bloqueado é girado manualmente e a força da corrente em todas as fases do estator é verificada. Em um rotor saudável, a força da corrente em todas as posições é a mesma. Caso o contato seja rompido na soldagem das partes frontais, será notada uma queda de tensão. A diferença máxima permitida nas leituras não deve exceder 10%.
Implantação do motor elétrico com circuito aberto do rotor de fase. A causa de tal mau funcionamento é um curto-circuito no enrolamento do rotor. Este mau funcionamento é um exame externo cuidadoso, bem como uma medição da resistência de isolamento do enrolamento do rotor. Caso a inspeção não dê resultados, ela é determinada determinando o aquecimento desigual do enrolamento do rotor. Neste caso, o rotor é freado e uma tensão reduzida é aplicada ao estator.
O aquecimento uniforme do motor elétrico acima da norma permitida ocorre devido a sobrecarga prolongada e deterioração do sistema de refrigeração. Esta falha leva ao desgaste prematuro do isolamento do enrolamento.
O aquecimento local do enrolamento do estator ocorre devido a um curto-circuito do enrolamento para a carcaça em 2 lugares, uma conexão errônea das bobinas em qualquer fase, um curto-circuito entre 2 fases ou um curto-circuito entre as espiras do enrolamento em uma das fases do enrolamento do estator. Você pode diagnosticar esse mau funcionamento reduzindo a velocidade de rotação do motor elétrico, um zumbido forte ou o cheiro de isolamento superaquecido. A determinação de um enrolamento danificado é realizada medindo a resistência (a fase danificada tem menos resistência) ou medindo a intensidade da corrente quando uma baixa tensão é aplicada.
Ao conectar os enrolamentos de acordo com o esquema "estrela", a força da corrente na fase danificada será maior do que no resto. No caso de utilizar um "triângulo", a corrente de linha nos fios íntegros terá um valor maior.
Burnout ou fusão do aço que ocorre quando curto circuito enrolamento do estator, o curto-circuito das chapas de aço devido ao contato do estator com o rotor ou devido à destruição do isolamento leva ao aquecimento local do aço ativo do rotor. Nesse caso, aparece fumaça, cheiro de queimado, faíscas, o zumbido do motor se intensifica. Este mau funcionamento ocorre devido ao desgaste ou instalação inadequada dos mancais, forte vibração ou atração unilateral do rotor para o estator (curto-circuito no enrolamento do estator).
Máquinas assíncronas
Aula 5
Atualmente, as máquinas assíncronas são usadas principalmente no modo motor. Máquinas com potência superior a 0,5 kW geralmente são trifásicas e com potência menor - monofásica.
Pela primeira vez, o projeto de um motor assíncrono trifásico foi desenvolvido, criado e testado por nosso engenheiro russo M. O. Dolivo-Dobrovolsky em 1889-91.
A demonstração dos primeiros motores ocorreu na Exposição Internacional de Eletricidade em Frankfurt am Main em setembro de 1891. Três motores trifásicos de diferentes potências foram apresentados na exposição. O mais potente deles tinha uma potência de 1,5 kW e era usado para acionar um gerador CC. O projeto do motor assíncrono proposto por Dolivo-Dobrovolsky acabou sendo muito bem-sucedido e é o principal tipo de projeto desses motores até o momento.
Ao longo dos anos, os motores assíncronos encontraram uma aplicação muito ampla em várias indústrias e na agricultura.
Eles são usados no acionamento elétrico de máquinas de corte de metal, máquinas de elevação e transporte, transportadores, bombas, ventiladores. Motores de baixa potência são usados em dispositivos de automação.
O uso generalizado de motores de indução é devido à sua
vantagens em comparação com outros motores: alta confiabilidade, capacidade de trabalhar diretamente da rede elétrica CA, facilidade de manutenção.
5.2. O dispositivo de uma máquina assíncrona trifásica
A parte fixa da máquina é chamada estator, Móvel - rotor. O núcleo do estator é feito de chapa de aço elétrico e pressionado na carcaça. Na fig. 5.1 mostra o conjunto do núcleo do estator. A armação (1) é feita de material fundido não magnético. Na maioria das vezes, a cama é feita de ferro fundido ou alumínio. Na superfície interna das chapas (2), das quais é feito o núcleo do estator, existem ranhuras nas quais enrolamento trifásico(3). O enrolamento do estator é feito principalmente de fio de cobre isolado de seção transversal redonda ou retangular, menos frequentemente de alumínio.
O enrolamento do estator consiste em três partes separadas chamadas fases. Os inícios das fases são indicados por letras de 1, de 2, de 3, as extremidades - de 4, de 5, de 6.
Os inícios e finais das fases são exibidos no bloco de terminais (Fig. 5.2 a), fixado no quadro. O enrolamento do estator pode ser conectado de acordo com o esquema estrela (Fig. 5.2 b) ou delta (Fig. 5.2 c). A escolha do esquema de conexão do enrolamento do estator depende da tensão da rede da rede e dos dados de placa do motor. No passaporte motor trifásico as tensões de linha da rede e o diagrama de conexão do enrolamento do estator são ajustados. Por exemplo, 660/380, Y/∆. Este motor pode ser ligado a uma rede com Ul = 660V segundo o esquema estrela ou a uma rede com Ul = 380V - segundo o esquema triângulo.
O principal objetivo do enrolamento do estator é criar um campo magnético rotativo na máquina.
Núcleo do rotor(Fig. 5.3 b) é recrutado a partir de chapas de aço elétrico, no lado externo das quais existem ranhuras nas quais o enrolamento do rotor é colocado. O enrolamento do rotor é de dois tipos: em curto-circuito e Estágio. Assim, os motores assíncronos vêm com um rotor em gaiola de esquilo e um rotor de fase (com anéis coletores).
Arroz. 5.3
O enrolamento em curto-circuito (Fig. 5.3) do rotor consiste em hastes 3, que são colocadas nas ranhuras do núcleo do rotor. A partir das extremidades, essas hastes são fechadas com anéis de extremidade 4. Tal enrolamento se assemelha a uma “roda de esquilo” e é chamado de tipo “gaiola de esquilo” (Fig. 5.3 a). O motor de gaiola de esquilo não tem contatos móveis. Devido a isso, esses motores têm alta confiabilidade. O enrolamento do rotor é feito de cobre, alumínio, latão e outros materiais.
Dolivo-Dobrovolsky foi o primeiro a criar um motor com rotor de gaiola de esquilo e explorar suas propriedades. Ele descobriu que esses motores têm uma desvantagem muito séria - torque de partida limitado. Dolivo-Dobrovolsky chamou o motivo dessa deficiência - um rotor fortemente em curto. Ele também propôs o projeto de um motor com rotor de fase.
Na fig. 5.4 mostra uma vista em corte de uma máquina assíncrona com rotor de fase: 1 - carcaça, 2 - enrolamento do estator, 3 - rotor, 4 - anéis coletores, 5 - escovas.
No rotor de fase, o enrolamento é trifásico, semelhante ao enrolamento do estator, com o mesmo número de pares de pólos. As voltas do enrolamento são colocadas nas ranhuras do núcleo do rotor e conectadas de acordo com o esquema em estrela. As extremidades de cada fase são conectadas aos anéis de contato fixados no eixo do rotor e, através das escovas, são trazidas para o circuito externo. Os anéis coletores são feitos de latão ou aço e devem ser isolados uns dos outros e do eixo. Como escovas, são utilizadas escovas de metal-grafite, que são pressionadas contra os anéis coletores com o auxílio de molas porta-escovas fixas imóveis no corpo da máquina. Na fig. 5,5 dado símbolo motor assíncrono com rotor em gaiola (a) e fase (b).
Na fig. 5.6 mostra uma vista em corte de uma máquina assíncrona com rotor em gaiola de esquilo: 1 - carcaça, 2 - núcleo do estator, 3 - enrolamento do estator, 4 - núcleo do rotor com enrolamento em gaiola de esquilo, 5 - eixo.
Na blindagem da máquina, fixada na mesa, são fornecidos os dados: R n, U n, I n, n n, bem como o tipo de máquina.
- P n é a potência líquida nominal (no eixo)
- U n e I n - valores nominais de tensão e corrente de linha para o esquema de conexão especificado. Por exemplo, 380/220, Y/∆, InY/In∆.
- n n - frequência nominal rotação em rpm.
O tipo de máquina, por exemplo, é dado como 4AH315S8. Este é um motor assíncrono (A) da quarta série de projeto protegido. Se a letra H estiver ausente, o motor é de design fechado.
- 315 - altura do eixo de rotação em mm;
- S - dimensões de instalação (são definidas no livro de referência);
- 8 - o número de pólos da máquina.