Motorul asincron monofazat

Motorul asincron monofazat

Motoarele asincrone monofazate pot fi incluse in grupa masinilor asincrone speciale. Constructia lor este aceeasi ca la cele trifazate, numai ca in locul infasu-rarii trifazate ele au o infasurare monofazata cu una sau cateva perechi de poli, prin care trece curentul alternativ monofazat. Rotorul acestor motoare este realizat ca rotor in scurtcircuit.

Particularitatea caracteristica a motorului asincron monofazat este aceea ca ii lipseste momentul initial (de pornire), deoarece la trecerea curentului alternativ prin infasurarea lui monofazata se creaza camp magnetic pulsatoriu si nu invartitor. Daca, totusi, rotorul acestui motor este rotit cu forta exterioara intr-un sens sau altul si ramane in continuare in miscare, el continuua a se roti si poate dezvolta cuplu, adica trece in regim de motor.

Pentru explicarea fenomenului  care are loc in motor, se considera infasura-rea monofazata ce excita campul magnetic pulsatoriu, cu fluxul magnetic . Acest camp se poate descompune in doua campuri invartitoare cu viteze unghiulare identice, dar cu sensuri opuse, cu fluxurile si , in care ==. Turatia campurilor magnetice este (viteza unghiulara fiind ).

Daca rotorul este imobil, cele doua campuri induc in infasurarea rotorului t.e.m., sub a caror actiune prin infasurare trec curenti egali ca marime, dar care produc cupluri de sensuri opuse. Din interactiunea curentilor cu campul, in motor se creaza momente de rotatie egale ca marime dar de sensuri opuse, datorita carora momentul rezultant al motorului este egal cu zero.

Fie rotorul motorului asincron monofazat rotit cu ajutorul unei forte exteri-oare in sensul campului direct de flux magnetic , si se considera ca turatia rotorului este n (viteza unghiulara ) la alunecarea s, astfel incat n=n₁-sn₁=n₁(1-s).

Viteza relativa a campului direct fata de rotorul in rotatie este . Acestei viteze ii corespunde turatia n_d=n₁-n= (n₁-n) =sn₁.

Viteza unghiulara relativa a campului invers, de flux magnetic ,fata de rotorul in rotatie este. Acestei viteze unghiulare ii corespunde turatia n_i = n₁+n = n₁+(n₁ - sn₁)= n₁(2 - s).

In procesul de rotatie al rotorului, fluxul magnetic induce in infasurarea rotorului t.e.m. E_2d, sub actiunea careia trece curentul I_2d. Frecventa t.e.m. E_2d si curentului I_2d este f_2d = pn_d = sf₁, adica ea este mult mai mica (1÷3)Hz. Din acest motiv, reactantele inductive sunt mici si diferenta de faza intre E_2d si I_2d este mica. Iata de ce momentul de rotatie , creat de campul direct de flux magnetic, are valoare mare.

T.e.m. indusa de campul invers de flux este E_2i, iar curentul ce trece sub actiunea ei este I_2i. Frecventa t.e.m. E_2i si a curentului I_2i este f_2i=pn_i=f₁(2-s), adica ea este mult mai mare (aproape de doua ori mai mare decat f₁). Din acest motiv, diferenta de faza dintre E_2i si I_2i este mult mai mare (aproape de 90°). In acest caz, momentul invers , creat de campul de flux , este mult mai mic.

Momentul motor rezultant este M_r=M_d-M_i. In consecinta, in procesul de rotatie al rotorului in sensul campului direct importanta are momentul M_d, in timp ce M_i aproape ca nu prezinta influenta. In fig.3.27 se prezinta dependentele M_d=f(s); M_i=f(s) si M_r=f(s).

Fig.3.27 Dependentele M_d=f(s); M_i=f(s) si M_r=f(s) pentru motorul asincron monofazat cu M_r=0

Din figura se observa ca atunci cand rotorul este imobil, adica s=1, momen-tul rezultant M_r este egal cu zero. Daca rotorul se roteste de catre o forta externa va apare momentul creat de acel camp, in al carui sens este rotit initial rotorul.

Spre deosebire de motorul asincron trifazat, la cel monofazat, cu cresterea rezistentei infasurarii rotorice se reduce momentul maxim al motorului, adica capa-citatea lui de supraincarcare. Aceasta se explica prin faptul ca la cresterea rezis-tentei infasurarii rotorului se reduce diferenta de faza , datorita careia momen-tul invers M_i creste. Iata de ce M_r=M_d-M_i se reduce.

Motoarele asincrone monofazate, au urmatoarele deficiente:

cos si mici;

factor de supraincarcare mic;

absenta momentului initial (de pornire);

Pentru crearea momentului initial (de pornire) in motor se plaseaza inca o infasurare, numita de pornire (IP). Infasurarea de baza este numita infasurare de lucru (IL). Infasurarea de pornire se plaseaza in crestaturile statorului, incat cam-pul ei magnetic sa fie decalat in spatiu cu 90° fata de campul creat de infasurarea de lucru. Pe langa aceasta, curentul din IP este defazat cu 90° in raport cu curentul prin IL. In acest scop, in serie in circuitul IP se conecteaza condensatorul cu capa-citatea C. Cele doua infasurari se alimenteaza de la una si aceeasi sursa de curent alternativ monofazat (fig.3.28 a).

Prin acest procedeu, dupa cum s-a explicat la pct.3.1, se creaza campul magnetic invartitor si rotorul se roteste in sensul de rotatie al campului. Dupa ce motorul atinge viteza apropiata de cea nominala, IP se decupleaza. In fig.3.28 a, b se prezinta schema de principiu a motorului asincron monofazat si dependenta M=f(s). Cand parametrii circuitelor de lucru si pornire sunt imbunatatiti corespun-zator, motorul are moment de pornire bun (curba 2 din fig.3.28 b).

a  b

c

Fig.3.28 Schema de principiu a motorului asincron monofazat (a); dependenta M=f(s) (b);

c) diagramele fazoriale pentru elemente de fazare active, inductive si capacitive

Cand motorul atinge viteza stabilita (obisnuit 80% din cea nominala), circui-tul IP se decupleaza si motorul trece pe caracteristica 1, corespunzatoare motorului monofazat obisnuit.

Daca infasurarea de pornire IP si condensatorul C sunt calculate pentru regi-mul de lunga durata si raman conectate permanent, se obtine asa numitul motor monofazat cu condensator. Dar, intrucat la pornire si in functionare sunt necesare diferite capacitati, obisnuit motorul are doua condensatoare .

Unul dintre acestea, numit condensator de lucru ramane in permanenta co-nectat in serie in circuitul infasurarii IP, iar celalalt este numit de pornire si se conecteaza in paralel cu infasurarea de lucru, numai in perioada de pornire, dupa care se deconecteaza.

Motoarele monofazate cu condensatoare alaturi de caracteristicile de pornire imbunatatite au si caracteristici de lucru mai bune. Ele au capacitate de suprasarci-na mai mare si factor de putere mai bun (cos=0,8÷0,95).

Unghiul de defazaj  dintre I_l si I_p pentru impedanta de defazare activa si inductiva este strict mai mic de 90°. Pentru Z_def capacitiva, unghiul γ poate fi 90° numai pentru valori determinate ale turatiei n si alunecarii s.

In fig.3.29 sunt prezentate schemele si dependentele M_rez (s) pentru cazuri mai folosite ale motorului asincron monofazat:

a)     cu rezistenta de pornire;

b)     cu condensator de pornire;

c)     cu condensator de lucru;

d)     cu condensatori de pornire si lucru.

Condensatorul de lucru ramane conectat cu infasurarea de pornire (I_p) si dupa rotirea motorului cand momentul de lucru creste la M_n si s_n (fig.3.29 c). Momentul de pornire in acest caz, M_p este mic. Moment de pornire M_p mai mare se obtine in cazurile a, b si d cand momentul de lucru M_n la camp eliptic este de valoare mai mica decat acela din cazul c. Pentru aceste scheme, pierderile in mo-torul asincron se reduc daca se exclude infasurarea de pornire la alunecari in jurul lui s_m. Cazul d imbina cele doua avantaje.

Fig.3.29 Dependentele M_rez(s) pentru motoare asincrone monofazate des utilizate pentru urmatoarele cazuri: a) cu rezistenta de pornire; b) cu condensator de pornire;

c) cu condensator de lucru; d) cu condensator de pornire si de lucru.

La unele motoare asincrone monofazate de puteri mici, momentul de pornire se creaza daca se defazeaza o parte a fluxului magnetic Ф cu ajutorul unei spire in scurtcircuit plasata intr-o parte a miezului polar. Infasurarea statorului nu este dis-tribuita in crestaturi, ci este realizata ca concentrata pe pol (fig.3.30 a). Actiunea spirei in scurtcircuit este analoaga cu aceea a reducerii pulsatiilor in electromag-netii de curent alternativ. Defazajul fluxului fata de este unghiul γ mai mic de 90°.

Acest defazaj permite crearea campului magnetic invartitor eliptic cu M_p si M_l sensibil mai mici. Avantajul acestor motoare este simplitatea constructiei si ex-ploatare usoara.

a b

Fig.3.30 Motor asincron monofazat cu spira in scurtcircuit plasata intr - o parte a polului inductor (a); b) - obtinerea fluxului Φ˝_rez defazat cu unghiul γ<90⁰.