Motoare electrice cu curent alternativ: piese, tipuri, cablare și cum funcționează

Cum un Motor AC Lucrări

Un motor de curent alternativ transformă energia electrică de curent alternativ în energie mecanică de rotație prin principiul inducției electromagnetice. Când tensiunea de alimentare AC este aplicată înfășurărilor statorului, generează un câmp magnetic rotativ (RMF). Viteza cu care se rotește acest câmp se numește viteza sincrona , determinată de frecvența de alimentare și de numărul de perechi de poli magnetici din stator: Ns = 120f / P , unde f este frecvența de alimentare în Hz și P este numărul de poli.

Într-un motor cu inducție - cel mai obișnuit tip de motor AC - câmpul magnetic rotativ traversează conductoarele rotorului și induce un curent în interiorul acestora, conform legii lui Faraday. Acest curent indus produce propriul său câmp magnetic, iar interacțiunea dintre câmpul rotorului și câmpul rotativ al statorului generează un cuplu care determină rotorul să se rotească. Rotorul rulează întotdeauna puțin mai încet decât viteza sincronă; această diferență de viteză se numește aluneca , de obicei 2–8% în motoarele cu inducție standard. Fără alunecare, nu există mișcare relativă între conductorii câmpului și rotorului, nu este indus curent și nu se produce nici un cuplu.

La motoarele sincrone de curent alternativ, rotorul este excitat de un câmp de curent continuu sau folosește magneți permanenți, blocându-l să se rotească exact la viteză sincronă cu alunecare zero. Acest lucru face ca motoarele sincrone să fie alegerea preferată în cazul în care funcționarea precisă cu viteză constantă este critică, cum ar fi mecanismele de ceas, anumite mașini textile și acționările cu viteză variabilă de înaltă eficiență.

Piese ale unui motor AC

Înțelegerea arhitecturii interne a unui motor AC ajută la specificarea unității potrivite, diagnosticarea defecțiunilor și planificarea intervalelor de întreținere. Componentele majore sunt:

• stator: Ansamblul exterior staționar care găzduiește miezul de fier laminat și înfășurările de cupru. Miezul statorului este construit din laminate subțiri de oțel silicon stivuite împreună pentru a minimiza pierderile de curent turbionar. Înfășurările sunt înfășurate în fante din miez și conectate la sursa de curent alternativ.
• Rotor: Ansamblul interior rotativ montat pe arborele de ieșire. La motoarele de inducție cu cușcă veveriță, rotorul este format din bare conductoare din aluminiu sau cupru scurtcircuitate la fiecare capăt de inele de capăt. La motoarele cu rotor bobinat, rotorul poartă înfășurări trifazate conectate la rezistențe externe prin inele colectoare.
• Arborele de iesire: Arborele solid din oțel care transferă cuplul mecanic la sarcina antrenată. Diametrul arborelui și dimensiunile canalului de cheie sunt standardizate conform specificațiilor privind dimensiunea cadrului IEC sau NEMA.
• Rulmenti: În mod obișnuit, rulmenți cu bile adânci la capătul de antrenare (DE) și la capătul de antrenare (NDE). Rulmenții suportă sarcinile radiale și axiale impuse de rotor și sarcina antrenată și sunt cel mai comun element de înlocuire a întreținerii.
• Scuturi de capăt (clopote de capăt): Carcase din fontă sau aluminiu care acoperă fiecare capăt al cadrului motorului, ținând rulmenții în poziție și înglobând ansamblul intern.
• Ventilator și capac ventilator: Majoritatea motoarelor de curent alternativ au design TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled), cu un ventilator de răcire extern montat pe extensia arborelui de la capătul de antrenare, închis de un capac de ventilator din oțel presat. Ventilatorul atrage aerul ambiental peste aripioarele cadrului motorului pentru a disipa căldura.
• Cutie de borne (cutie de joncțiune): O carcasă rezistentă la intemperii pe cadrul motorului care conține bornele de conectare a înfășurării (de obicei etichetate U1, V1, W1, U2, V2, W2 conform convenției IEC). Aici sunt conectate cablurile de alimentare și orice legături de configurare stea/triunghi.
• cadru: Corpul structural exterior, de obicei din fontă cu nervuri sau aliaj de aluminiu, care oferă suport mecanic, acționează ca un radiator și poartă picioarele de montare sau flanșa pentru instalare.

Componentele suplimentare prezente în anumite tipuri de motoare includ aluneca rings and brushes (motoare cu inductie cu rotor bobinat), comutatoare de pornire centrifugale (motoare monofazate de pornire a condensatorului) și condensatoare (condensator monofazat și pornire/funcționare a condensatorului).

Tipuri de motoare electrice cu curent alternativ

Motoarele de curent alternativ se împart în două familii primare - inducție (asincrone) și sincrone - fiecare cu mai multe subtipuri optimizate pentru diferite cerințe de operare.

Pentru majoritatea aplicațiilor industriale, motor cu inducție trifazat cu colivie rămâne alegerea implicită. Nu necesită perii, inele colectoare sau excitație externă, ceea ce o face cea mai redusă întreținere și cea mai rentabilă opțiune pentru sarcinile cu viteză constantă. Unitățile de frecvență variabilă (VFD) și-au extins capacitatea de utilizare la aplicații cu viteză variabilă care anterior necesitau motoare DC sau cu rotor bobinat.

Elementele de bază ale diagramei de cablare a motorului de curent alternativ

Cablarea corectă a unui motor de curent alternativ este esențială pentru funcționarea în siguranță și pentru obținerea caracteristicilor corecte de cuplu și viteză. Configurația cutiei de borne variază în funcție de tipul de motor și tensiunea de alimentare, dar următoarele acoperă scenariile cele mai întâlnite.

Motoare trifazate cu dublă tensiune (Star / Delta)

Majoritatea motoarelor de inducție trifazate sunt bobinate pentru două niveluri de tensiune - de obicei 230V/400V sau 400V/690V - iar cutia de borne conține șase cabluri etichetate U1, V1, W1 (pornire înfășurare) și U2, V2, W2 (capete de înfășurare). Tensiunea de alimentare determină conexiunea:

• Conexiune stea (Y) — tensiune mai mare: Conectați U2, V2 și W2 împreună pentru a forma punctul neutru al stea. Conectați sursa trifazată la U1, V1, W1. Fiecare înfășurare vede tensiune de la fază la neutru. Folosit atunci când tensiunea de alimentare se potrivește cu tensiunea nominală mai mare a motorului (de exemplu, alimentare de 400 V pe un motor de 230/400 V).
• Conexiune Delta (Δ) — tensiune inferioară: Legați U1 la W2, V1 la U2, W1 la V2, formând o buclă închisă. Conectați sursa trifazată la fiecare pereche de terminale îmbinate. Fiecare înfășurare vede tensiune completă linie la linie. Folosit atunci când tensiunea de alimentare se potrivește cu tensiunea nominală mai mică a motorului (de exemplu, alimentare de 230 V pe un motor de 230/400 V).

Pornire Star-Delta este o metodă obișnuită de pornire ușoară pentru motoarele mari: motorul pornește în stea (tensiune redusă pe fiecare înfășurare = curent de pornire mai mic, de obicei 1/3 din pornirea directă în linie), apoi comută în delta odată ce se apropie de viteza maximă. Acest lucru reduce perturbațiile de alimentare, dar reduce și cuplul de pornire cu același factor de 1/3, deci este potrivit doar pentru aplicații de pornire cu sarcină mică.

Cablajul motorului monofazat

Motoarele monofazate de curent alternativ necesită un circuit auxiliar de pornire deoarece o alimentare monofazată nu poate produce un câmp magnetic rotativ. Aranjamentul terminalului include de obicei:

• Borne principale de înfășurare (M): Conectat direct prin linie și neutru.
• Borne de înfășurare pornire (S): Conectat în paralel cu înfășurarea principală, dar în serie cu condensatorul de pornire. Condensatorul creează o deplasare de fază (aproximativ 90°) între curenții de înfășurare principal și auxiliar, producând un câmp rotativ suficient de puternic pentru a dezvolta cuplul de pornire.
• Comutator centrifugal sau releu PTC: Deconectează înfășurarea de pornire odată ce motorul atinge aproximativ 75–80% din viteza sincronă. Eșecul acestui comutator - fie că rămâne deschis (motorul nu pornește) fie rămâne închis (înfășurarea pornirii se supraîncălzește și se arde) - este una dintre cele mai frecvente defecțiuni ale motorului monofazat.

Inversarea rotației motorului

Inversarea sensului de rotație al unui motor trifazat necesită schimbarea oricăror două dintre cele trei faze de alimentare la bornele motorului - de exemplu, schimbarea conexiunilor la U1 și V1. Aceasta inversează direcția câmpului magnetic rotativ și, în consecință, a rotorului. Pentru motoarele monofazate, inversarea se realizează prin schimbarea conexiunilor înfășurării de pornire față de înfășurarea principală; unele motoare oferă marcaje bornelor dedicate în acest scop, în timp ce altele necesită reconectare internă.

Împământare și protecție la suprasarcină

Fiecare instalație de motor AC trebuie să includă a conectare la pământ de protecție (PE). legat de cadrul motorului, conectat la pământul de alimentare la cutia de borne. În plus, un evaluat corespunzător releu termic de suprasarcină sau un releu electronic de protecție a motorului trebuie instalat în circuitul de alimentare, setat la valoarea nominală a curentului la sarcină completă (FLC) a motorului. Protecția la suprasarcină este principala apărare împotriva celui mai obișnuit mod de defecțiune a motorului: supracurent prelungit de la suprasarcină mecanică, monofazată sau ventilație restricționată care ridică temperatura înfășurării dincolo de limita clasei de izolație.