La scienza nel campo dell'elettricità nel XIX e XX secolo si è sviluppata rapidamente, il che ha portato alla creazione di motori elettrici a induzione. Con l'aiuto di tali dispositivi, lo sviluppo dell'industria industriale ha fatto un passo avanti e ora è impossibile immaginare impianti e fabbriche senza macchine elettriche che utilizzano motori elettrici asincroni.
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Storia dell'apparenza
La storia della creazione di un motore elettrico asincrono inizia nel 1888, quando Nikola Tesla brevettò un circuito di motori elettrici, nello stesso anno un altro scienziato nel campo dell'ingegneria elettrica Gallileo Ferraris ha pubblicato un articolo sugli aspetti teorici del funzionamento di una macchina asincrona.
Nel 1889 il fisico russo Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky ha ricevuto 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 massiccio di macchine elettriche nell'industria, che ha accelerato significativamente tutti i processi tecnologici nella produzione, aumentato l'efficienza del lavoro e ridotto l'intensità del lavoro.
Al momento, il motore elettrico più comune utilizzato nell'industria è il prototipo di una macchina elettrica creata da Dolivo-Dobrovolsky.
Il dispositivo e il principio di funzionamento di un motore asincrono
I componenti principali di un motore a induzione sono lo statore e il rotore, che sono separati l'uno dall'altro da un traferro. Il lavoro attivo nel motore viene eseguito dagli avvolgimenti e dal nucleo del rotore.
L'asincronia del motore è intesa come la differenza tra la velocità del rotore e la frequenza di rotazione del campo elettromagnetico.
statore - questa è una parte fissa del motore, il cui nucleo è realizzato in acciaio elettrico e montato nel telaio. Il letto è realizzato in ghisa con un materiale non magnetico (ghisa, alluminio). Gli avvolgimenti dello statore sono un sistema trifase in cui i fili sono posati in scanalature con un angolo di deflessione di 120 gradi. Le fasi degli avvolgimenti sono normalmente collegate alla rete secondo gli schemi "a stella" o "triangolo".
Rotore È la parte mobile del motore. I rotori dei motori elettrici asincroni sono di due tipi: a gabbia di scoiattolo e rotori di fase. Questi tipi differiscono l'uno dall'altro nel design dell'avvolgimento del rotore.
Motore asincrono a gabbia di scoiattolo
Questo tipo di macchina elettrica è stata inizialmente brevettata da M.O. Dolivo-Dobrovolsky ed è popolarmente chiamato "ruota di scoiattolo" a causa dell'aspetto della struttura. L'avvolgimento del rotore in cortocircuito è costituito da barre di rame cortocircuitate con anelli (alluminio, ottone) e inserito nelle scanalature dell'avvolgimento del nucleo del rotore. Questo tipo di rotore non ha contatti mobili, quindi questi motori sono molto affidabili e durevoli nel funzionamento.
Motore a induzione con rotore di fase
Un tale dispositivo consente di regolare la velocità di lavoro in un'ampia gamma. Il rotore di fase è un avvolgimento trifase, collegato secondo gli schemi a "stella" o triangolo. In tali motori elettrici, nel design sono presenti spazzole speciali, con le quali è possibile regolare la velocità del rotore. Se al meccanismo di un tale motore viene aggiunto un reostato speciale, all'avvio del motore, la resistenza attiva diminuirà e quindi le correnti di avviamento diminuiranno, il che influirà negativamente sulla rete elettrica e sul dispositivo stesso.
Principio operativo
Quando viene applicata una corrente elettrica agli avvolgimenti dello statore, si verifica un flusso magnetico. Poiché le fasi sono spostate l'una rispetto all'altra di 120 gradi, per questo motivo il flusso negli avvolgimenti ruota. Se il rotore è in cortocircuito, con tale rotazione appare 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 in fase, la tensione viene applicata contemporaneamente allo statore e al rotore, in ciascun meccanismo appare un campo magnetico, interagiscono tra loro e ruotano il rotore.
Vantaggi dei motori asincroni
| con rotore a gabbia di scoiattolo | Con rotore di fase |
|---|---|
| 1. Dispositivo semplice e circuito di lancio | 1. Piccola corrente di avviamento |
| 2. Basso costo di produzione | 2. Possibilità di regolare la velocità di rotazione |
| 3. Con l'aumento del carico, la velocità dell'albero non cambia | 3. Lavorare con piccoli sovraccarichi senza modificare la velocità |
| 4. Capace di resistere a sovraccarichi a breve termine | 4. È possibile applicare l'avvio automatico |
| 5. Affidabile e durevole nel funzionamento | 5. Ha una coppia elevata |
| 6. Adatto a tutte le condizioni di lavoro | |
| 7. Ha un'alta efficienza |
Svantaggi dei motori asincroni
| con rotore a gabbia di scoiattolo | Con rotore di fase |
|---|---|
| 1. La velocità del rotore non è regolabile | 1. Grandi dimensioni |
| 2. Piccola coppia di spunto | 2. L'efficienza è inferiore |
| 3. Elevata corrente di avviamento | 3. Manutenzione frequente a causa dell'usura delle spazzole |
| 4. Una certa complessità progettuale e presenza di contatti mobili |
I motori asincroni sono dispositivi molto efficienti con ottime caratteristiche meccaniche, che li rendono leader nella frequenza di utilizzo.
Modalità operative
Un motore elettrico di tipo asincrono è un meccanismo universale e ha diverse modalità per la durata del funzionamento:
- Continuo;
- breve termine;
- periodico;
- Ripetuto a breve termine;
- Speciale.
Modalità continua - la principale modalità di funzionamento dei dispositivi asincroni, caratterizzata dal funzionamento costante del motore elettrico senza arresti a carico costante. Questa modalità operativa è la più comune, utilizzata ovunque nelle imprese industriali.
Modalità momentanea - funziona fino al raggiungimento di un carico costante per un certo tempo (Da 10 a 90 minuti), non avendo il tempo di riscaldarsi il più possibile. Dopodiché si spegne. Questa modalità viene utilizzata quando si forniscono sostanze di lavoro (acqua, olio, gas) e altre situazioni.
Modalità periodica - la durata del lavoro ha un certo valore e si spegne al termine del ciclo di lavoro. Modalità di funzionamento start-work-stop. Allo stesso tempo può spegnersi per un tempo durante il quale non ha il tempo di raffreddarsi a temperature esterne e riaccendersi.
Modalità intermittente - il motore non si riscalda al massimo, ma non ha nemmeno il tempo di raffreddarsi alla temperatura esterna. Viene utilizzato in ascensori, scale mobili e altri dispositivi.
regime speciale - la durata e il periodo di inclusione sono arbitrari.
Nell'ingegneria elettrica esiste un principio di reversibilità delle macchine elettriche: ciò significa che il dispositivo può convertire l'energia elettrica in energia meccanica ed eseguire le azioni opposte.
Anche i motori elettrici asincroni corrispondono a questo principio e hanno una modalità di funzionamento motore e generatore.
Modalità motore - la principale modalità di funzionamento di un motore elettrico asincrono. Quando viene applicata tensione agli avvolgimenti, si genera una coppia elettromagnetica, trascinando il rotore con l'albero, e quindi l'albero inizia a ruotare, il motore raggiunge una velocità costante, svolgendo un lavoro utile.
modalità generatore - basato sul principio di eccitazione della corrente elettrica negli avvolgimenti del motore durante la rotazione del rotore. Se il rotore del motore viene ruotato meccanicamente, si forma una forza elettromotrice sugli avvolgimenti dello statore, in presenza di un condensatore negli avvolgimenti si verifica una corrente capacitiva.Se la capacità del condensatore è un certo valore, a seconda delle caratteristiche del motore, il generatore si autoeccita e apparirà un sistema di tensione trifase. Pertanto, il motore a gabbia di scoiattolo funzionerà come un generatore.
Controllo della velocità dei motori asincroni
Per regolare la velocità di rotazione dei motori elettrici asincroni e controllarne le modalità di funzionamento, esistono i seguenti metodi:
- Frequenza - quando cambia la frequenza della corrente nella rete elettrica, cambia la frequenza di rotazione del motore elettrico. Per questo metodo viene utilizzato un dispositivo chiamato convertitore di frequenza;
- Reostatico: quando cambia la resistenza del reostato nel rotore, cambia la velocità di rotazione. Questo metodo aumenta la coppia di spunto e lo scorrimento critico;
- Impulso: un metodo di controllo in cui viene applicato un tipo speciale di tensione al motore.
- Commutazione degli avvolgimenti durante il funzionamento del motore elettrico dal circuito "stella" al circuito "triangolo", che riduce le correnti di avviamento;
- Controllo del cambio di coppia di poli per rotori a gabbia di scoiattolo;
- Collegamento della reattanza induttiva per motori con rotore avvolto.
Con lo sviluppo dei sistemi elettronici, il controllo di vari motori elettrici di tipo asincrono sta diventando più efficiente e preciso. Tali motori sono utilizzati ovunque nel mondo, la varietà di compiti svolti da tali meccanismi cresce ogni giorno e la loro necessità non diminuisce.
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