Un motor trifazat este un motor electric conceput pentru a fi alimentat de la o rețea de curent alternativ trifazat.
Este o mașină de curent alternativ constând dintr-un stator cu trei înfășurări, ale căror câmpuri magnetice sunt deplasate în spațiu cu 120 ° și, atunci când se aplică o tensiune trifazată, formează un câmp magnetic rotativ în circuitul magnetic al mașinii și a unui rotor - de diferite modele - care se rotește strict la viteza câmpului statorului ( motor sincron ) sau ceva mai lent decât acesta ( motor asincron ).
Cel mai utilizat în inginerie și industrie este un motor electric trifazat asincron cu o înfășurare rotor cu colivie , numit și „roată veveriță”. Expresia „motor trifazat” se referă de obicei la acest tip de motor și el este cel care este descris mai târziu în articol.
Principiul de funcționare a motoarelor cu două și polifazate a fost dezvoltat de Nikola Tesla și brevetat. Dolivo-Dobrovolsky a îmbunătățit designul motorului electric și a sugerat utilizarea a trei faze în locul celor două folosite de N. Tesla . Îmbunătățirea se bazează pe faptul că suma a două sinusoide de frecvență egală care diferă în fază dă o sinusoidă în total, ceea ce face posibilă utilizarea a trei fire (în al patrulea fir „zero”, curentul este aproape de zero) într-un sistem trifazat față de cele patru fire necesare într-un sistem de curent bifazat. De ceva timp, îmbunătățirea Dolivo-Dobrovolsky a fost limitată de brevetul Tesla pentru motoare multifazate, care până atunci reușise să-l vândă lui D. Westinghouse .
Un motor asincron, conform principiului reversibilității mașinilor electrice , poate funcționa atât în modul motor, cât și în modul generator. Pentru a opera un motor cu inducție în orice mod, este necesară o sursă de putere reactivă .
În modul motor , atunci când motorul este conectat la o rețea trifazată de curent alternativ, în înfășurarea statorului se formează un câmp magnetic rotativ , sub influența căruia sunt induși curenți în înfășurarea rotorului în scurtcircuit, formând un cuplu electromagnetic, care are tendința pentru a roti rotorul în jurul axei sale. Rotorul depășește momentul de sarcină pe arbore și începe să se rotească, atingând viteza subsincronă (va fi și nominală, ținând cont de momentul de sarcină pe arborele motorului).
În modul generator , în prezența unei surse de putere reactivă care creează un flux de excitație, o mașină asincronă este capabilă să genereze putere activă. Un condensator poate servi ca sursă de putere reactivă.
Start - vectorul câmpului magnetic rezultat al statorului se rotește uniform cu frecvența rețelei împărțită la numărul de înfășurări individuale ale fiecărei faze (în cel mai simplu caz, una câte una). Astfel, prin orice secțiune a rotorului trece un flux magnetic care variază în timp de-a lungul sinusului. O modificare a fluxului magnetic în rotor generează un EMF în înfășurările sale. Deoarece înfășurările sunt scurtcircuitate și realizate dintr-un conductor de secțiune mare („roată veveriță”), curentul din înfășurările rotorului atinge valori semnificative și, la rândul său, creează un câmp magnetic. Deoarece EMF în înfășurări este proporțională cu rata de modificare a fluxului magnetic (adică derivata în timp a dependenței sinusului - cosinus), EMF indusă a roții veveriței și, în consecință, câmpul magnetic rezultat (vector) a rotorului cu 90 de grade „conduce” vectorul stator (dacă vă uitați la vectorii de direcții și direcția de rotație a acestora). Interacțiunea câmpurilor magnetice creează un cuplu al rotorului.
Puterea electrică furnizată motorului electric în modul de pornire și frânare completă este cheltuită pentru inversarea magnetizării rotorului și statorului, precum și pentru rezistența activă la curentul din înfășurarea rotorului. (Echivalent cu funcționarea unui transformator descendente cu un scurtcircuit în înfășurarea secundară).
Mersul în gol - după începerea mișcării, cu o creștere a vitezei rotorului, viteza acestuia în raport cu vectorul câmpului magnetic al statorului va scădea. În consecință, rata de modificare a fluxului magnetic prin (orice) secțiune a rotorului va scădea și, respectiv, EMF indusă și momentul magnetic rezultat al rotorului va scădea. În absența forțelor de rezistență (ideal în gol), viteza unghiulară a rotorului va fi egală cu viteza unghiulară a câmpului magnetic al statorului, respectiv, diferența de viteze, EMF indus și câmpul magnetic rezultat al rotorului va fi egal cu zero.
Energia electrică furnizată motorului în regim de ralanti nu este consumată (sarcină inductivă). Echivalent cu funcționarea transformatorului coborâtor fără sarcină (sau înfășurări secundare scurtcircuitate situate de-a lungul miezului)
Modul motor - media dintre frânarea completă și ralanti. Sarcina utilă și pierderile mecanice nu permit rotorului să atingă viteza câmpului magnetic al statorului, alunecarea relativă a acestora induce unele EMF și câmpul magnetic corespunzător al rotorului, care, prin interacțiunea sa cu câmpul statorului, compensează cuplul de frânare. pe arbore.
Caracteristica mecanică a unui motor cu inducție este „dură”, adică cu o ușoară scădere a vitezei, cuplul motorului crește foarte mult - „încearcă să mențină viteza nominală”. Aceasta este o proprietate bună pentru acționările care necesită menținerea unei viteze date, indiferent de sarcină (conveioare, încărcătoare, palanuri, ventilatoare).
Puterea electrică furnizată motorului electric în regim de motor este consumată (partea notată cu „cos phi”) pentru a efectua lucrări utile și a încălzi motorul, restul este returnat în rețea ca sarcină inductivă. „Cosinus phi” depinde de sarcina motorului, la ralanti este aproape de zero. Caracteristica motorului indică „cosinus phi” pentru sarcina nominală. Diferența acestei valori față de unitate este determinată în principal de rezistența magnetică a spațiului de aer dintre stator și rotor, care este echivalentă cu inductanța de scurgere din transformator, așa că încearcă să reducă decalajul; pe de altă parte, acest interval limitează curenții de înfășurare atunci când viteza rotorului depășește limitele de funcționare, de exemplu, în timpul pornirii motorului.
Modul generator apare atunci când o creștere forțată a vitezei peste „ralentul ideal”. În prezența unei surse de putere reactivă care creează un flux de excitație, câmpul magnetic al rotorului induce un EMF în înfășurările statorului și motorul se transformă într-o sursă de putere activă (electrică).
Circuitele nu au avantaje speciale unul față de celălalt, totuși, „steaua” necesită mai multă tensiune liniară decât „triunghiul” (pentru funcționarea în modul nominal), iar când „triunghiul” este pornit în modul generator, un inel apare curent parazitar. Același motor este ușor de utilizat cu ambele conexiuni, prin urmare, în caracteristica unui motor trifazat, două tensiuni nominale sunt indicate printr-o fracțiune, de exemplu, 127/220, 230/400 (220/380) sau 400/690 (380/660) V.
Una dintre modalitățile de reducere a curenților de pornire ai motorului este pornirea motorului conform schemei „stea”, urmată de trecerea la „delta”. În acest caz, este necesar ca tensiunea nominală de alimentare în circuitul „delta” să fie egală cu tensiunea rețelei. În rețelele comune de 400 (380) V, trebuie utilizat un motor cu o tensiune nominală de 400/690 V (380/660) V.
Începuturile și sfârșiturile înfășurărilor motoarelor trifazate sunt aduse la blocul de borne 2 × 3, astfel încât:
Pentru a inversa orice motor trifazat, oricare două dintre cele trei faze care alimentează motorul sunt comutate.
Un motor trifazat poate fi utilizat într-o rețea monofazată, dar o astfel de funcționare are o serie de limitări. În acest caz, cuplul și puterea sunt reduse cu 50% din puterea nominală [1] . Funcționarea motorului în acest mod este similară cu funcționarea unui motor monofazat : în el este creat un câmp magnetic pulsatoriu. Un astfel de câmp nu poate crea un cuplu într-un motor oprit, prin urmare, pentru a-l porni, este necesar să-i dea o rotație inițială. În cel mai simplu caz, acest lucru se poate face manual prin rotirea rotorului. După ce rotorul este rotit, motorul funcționează independent.
Pentru ca motorul să pornească, are nevoie de un circuit de defazare, care poate fi construit dintr-o capacitate, inductanță sau rezistor. Cea mai eficientă utilizare a unui condensator: în acest caz, motorul funcționează ca un condensator . Utilizarea unui condensator vă permite să reduceți pierderea de putere și să aduceți caracteristicile acestuia mai aproape de cele nominale.
Un motor într-o conexiune monofazată poate fi asamblat atât în „stea” cât și în „triunghi”, dar funcționează cel mai eficient atunci când tensiunea de rețea este egală cu tensiunea nominală de linie. Astfel, un motor de 230/400 (220/380) V, atunci când este conectat la o rețea casnică monofazată de 230 V, trebuie asamblat într-un triunghi.
Performanță mai mare într-o rețea monofazată are motoare condensatoare bifazate special concepute pentru acest mod de funcționare.
O modalitate alternativă de a conecta un motor trifazat la o rețea monofazată este utilizarea unui convertor de frecvență cu o intrare monofazată, la ieșirea căreia se generează o tensiune trifazată. Un avantaj suplimentar al acestei metode este posibilitatea de a organiza controlul frecvenței vitezei motorului.
Autopornirea unui motor conectat în triunghi nu este posibilă în cazul unei căderi de curent într-o fază. Un motor conectat în stea, în cazul unei căderi de curent într-o fază sau al unei întreruperi de înfășurare, poate porni singur numai dacă punctul neutru este conectat la conductorul neutru, dar o astfel de conexiune nu se realizează în practică.
Dacă motorul se rotește deja, va continua să funcționeze, dar cuplul și puterea sunt reduse foarte mult în acest mod. Dacă sarcina nu permite motorului să pornească și să dezvolte viteza nominală, motorul va consuma un curent crescut și se va răci mai rău (când se utilizează autoventilația). În cazul unei setări incorecte sau a absenței unui releu termic sau a unui sistem electronic de protecție, motorul se va defecta (supraîncălzire, deteriorarea izolației, scurtcircuit la bobină). Defecțiunea de fază este una dintre cele mai frecvente cauze de defecțiune prematură a mașinilor trifazate.
Pentru a proteja motorul de suprasarcină, blocaj și protecție brută împotriva defecțiunii de fază, sunt utilizate dispozitive specializate: relee termice , întreruptoare trifazate proiectate pentru motoare. [2] Aceste dispozitive au un mecanism de setare a caracteristicii timp-curent de declanșare, instalat și configurat pentru fiecare motor în parte. Ele opresc motorul atunci când curentul nominal este depășit mult timp în oricare dintre faze. [2] . În unele cazuri, dispozitivele electronice de protecție sunt folosite pentru a proteja motorul, măsurând curentul fiecărei faze.
Pentru a proteja motoarele de pierderea și deformarea (diferența de tensiune) a fazelor tensiunii de alimentare , se folosesc relee de control de fază , care în aceste cazuri opresc complet alimentarea (cu activare ulterioară automată sau manuală) [2] . Este posibil să instalați câte un releu pe grup de motoare. Funcția unui releu de control de fază poate fi îndeplinită de controlerele electronice ale mecanismelor în care este utilizat motorul.