Caratterizzazione del motore a induzione CA

I motori a induzione CA sono i cavalli di battaglia dell'industria moderna, in quanto sono semplici, robusti e affidabili. Un motore a induzione ha solo due parti principali. La prima è la parte stazionaria chiamata statore, che consiste in bobine stazionarie attorno a una cavità. Nella cavità è sospeso il rotore, che è una coppia di anelli terminali che coprono una disposizione cilindrica di barre. Questa è spesso chiamata gabbia dello scoiattolo. I parametri elettrici di questi due componenti forniscono informazioni sull'efficienza del motore e sulla relazione tra coppia e velocità. Questo è essenziale per determinare la dimensione e il tipo di motore migliori per un'applicazione. Questo video introdurrà le basi del funzionamento del motore a induzione e dimostrerà come determinare un modello di circuito equivalente per un motore a induzione trifase.

Un motore asincrono CA trifase utilizza l'alimentazione trifase con ogni fase collegata al proprio set separato di bobine dello statore. Le bobine sono disposte secondo uno schema che genera un campo magnetico per ogni fase dell'alimentazione erogata. Il campo magnetico netto risultante, chiamato campo magnetico dello statore, ruota con velocità angolare costante. Il flusso magnetico rotante induce corrente nel rotore, in modo simile al modo in cui un trasformatore trasferisce la potenza dalla bobina primaria a quella secondaria. La corrente attraverso le barre della gabbia dello scoiattolo a sua volta crea il proprio campo magnetico, chiamato campo magnetico del rotore indotto. L'interazione tra questi due campi produce una forza sul rotore, che fa sì che segua il campo magnetico dello statore. Come una sbarra di ferro che segue i magneti che la circondano. Se il rotore segue esattamente il campo magnetico, come questa barra, allora il motore è sincrono. Tuttavia, in un motore a induzione, il rotore è in ritardo rispetto al campo magnetico dello statore. Questo ritardo, chiamato slittamento, fa sì che i motori a induzione siano asincroni. Pertanto, il motore a induzione girerà sempre più lentamente della velocità sincrona. La coppia aumenta con la diminuzione dello slittamento o con la diminuzione della velocità del motore da sincrona fino a un certo punto chiamato coppia di rottura. Con l'aggiunta di un carico, la velocità di rotazione diminuisce all'aumentare dello slittamento, con conseguente diminuzione della coppia. I seguenti esperimenti mostreranno come misurare vari parametri elettrici del motore asincrono al fine di descrivere il motore utilizzando un modello di circuito equivalente.

Ciascuno dei seguenti test richiede la conoscenza dei valori nominali del rotore, che sono stampati sulla targhetta del motore. Per la tensione nominale di 208 volt a 60 hertz, registrare la potenza nominale sia in cavalli che in watt. Registra anche la corrente nominale in ampere e la velocità nominale sia in giri al minuto che in radianti al secondo. La coppia nominale può essere calcolata ed è uguale alla potenza nominale divisa per la velocità nominale. Qui l'albero del motore a induzione aziona un generatore CC. Il carico elettrico sul generatore CC è direttamente correlato alla potenza meccanica in esso contenuta. E, a sua volta, agisce come carico meccanico sul motore a induzione. Innanzitutto, imposta il limite di corrente dell'alimentatore CC su 1.8 ampere, quindi spegnilo. Questo test CC misura la resistenza del solo avvolgimento dello statore poiché solo i terminali dello statore sono accessibili per un motore a induzione a gabbia di scoiattolo. Collegare l'uscita dell'alimentatore attraverso i terminali dello statore A e B. Accendere l'alimentatore e registrarne l'uscita voltage e corrente. Ripetere questa procedura per le altre combinazioni bifase B e C e C e A. Per ciascuna delle combinazioni di fasi, calcolare la resistenza dividendo la tensione di uscita per la corrente di uscita. Il risultato è per due fasi in serie, quindi la resistenza per fase, R1, è la metà di questo valore. La resistenza dell'avvolgimento dello statore dipende dalla potenza nominale del motore ed è di sei ohm per questo motore.

Testare il motore a induzione a vuoto per ottenere le misure necessarie per ulteriori calcoli. Innanzitutto, scollegare tutti i terminali del generatore CC o dinamometro, in modo che non generi energia e non fornisca alcun carico meccanico al motore a induzione. Con la fonte di alimentazione trifase spenta, assemblare l'apparecchio. Impostare il variac su 0% di uscita e collegarlo alla presa trifase. Accendere l'alimentazione trifase e aumentare rapidamente l'uscita variac fino a quando ciascuno dei misuratori di potenza digitali legge circa 208 volt. Registra le misurazioni di potenza, tensione e corrente da entrambi i contatori. La somma della potenza misurata dai due misuratori di potenza digitali è la potenza consumata dalle tre fasi che agiscono insieme. 1/3 di questa è la potenza in una fase. Registra la coppia del motore e designala t-zero, la coppia a vuoto. Se l'apparecchio di misurazione della coppia non è ben calibrato, t-zero potrebbe non essere necessariamente uguale a zero. Quindi, utilizzare una luce stroboscopica per misurare la velocità di rotazione del motore a vuoto, che è vicina alla sua velocità sincrona di 1.800 giri/min. Regola la rotta e trova le manopole di frequenza finché l'albero non sembra fermo. La velocità del motore è tipicamente compresa tra la velocità nominale sulla targhetta e la velocità sincrona. Converti la frequenza della luce stroboscopica da RPM alla velocità di rotazione angolare a vuoto, omega zero. Riportare il variac allo 0% di uscita, quindi spegnere l'alimentazione trifase. Lasciare intatto il resto dell'apparecchio.

Il test del rotore bloccato misura i parametri elettrici quando il motore è fisso e non è in grado di ruotare. In questo stato, si verifica la maggiore differenza di movimento tra il rotore e il campo dello statore. Per questo test, utilizzare la configurazione del test a vuoto e scollegare tutti i terminali del generatore CC o del dinamometro. Con l'alimentazione trifase spenta e il variac allo 0% di uscita, bloccare il rotore lato motore CC con la pinza meccanica. Fatta eccezione per il rotore bloccato, l'apparecchiatura è la stessa della prova a vuoto. Accendere l'alimentazione trifase e il motore a induzione. Aumentare lentamente l'uscita variac alla corrente nominale sui misuratori di potenza digitali. Registra la potenza, la tensione e la corrente da entrambi i contatori. Per finire, reimpostare il variac su 0%, quindi spegnere l'alimentazione trifase.

In effetti, l'avvolgimento dello statore svolge la stessa funzione della bobina primaria di un trasformatore e il rotore è equivalente all'avvolgimento secondario. Il motore può quindi essere modellato utilizzando un circuito equivalente simile a quello di un trasformatore. Tuttavia, il circuito è semplificato per rimuovere la porzione ideale del trasformatore e si riferisce ai componenti del rotore come riflesso dello statore. Il circuito equivalente per fase include la resistenza dell'avvolgimento dello statore, R1, calcolata dal test CC. Lo statore mostra anche un'opposizione alle variazioni di corrente e tensione chiamata reattanza X1. I parametri del rotore vengono riflessi dallo statore, inclusa la resistenza riflessa, R2 prime, e la reattanza riflessa del rotore, X2 prime. La reattanza di magnetizzazione reciproca, parametro XM è un equivalente del flusso magnetico nel traferro tra il rotore e lo statore. Infine, si verifica una perdita di potenza tra lo statore e il rotore ed è modellata come la resistenza equivalente alla perdita del nucleo, RC. Tutti questi valori possono essere calcolati dai test dimostrati e sono dettagliati nel protocollo dei test.

I motori asincroni CA sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni, grazie alla loro semplicità, robustezza e affidabilità. Un motore a induzione viene spesso selezionato in base alla sua velocità di coppia lineare sotto un carico meccanico variabile. La prova di carico traccia la caratteristica di velocità della coppia lineare al variare del carico meccanico. Per questo test, un generatore CC, o dinamometro, è collegato al motore a induzione in modo che fornisca un carico controllato sul rotore. L'apparecchio è assemblato con una resistenza di carico, R-L, di 300, 200 o 100 ohm. Le misurazioni di potenza, tensione e corrente vengono registrate dai contatori collegati. Quindi, la lettura della coppia e la velocità di rotazione vengono misurate con e senza la resistenza al carico. Un grafico delle caratteristiche della coppia e della velocità del motore a induzione sarà simile a queste curve per le quattro classi di motori NEMA. Un microscopio elettronico richiede una camera sottovuoto per contenere il campione e utilizza una pompa a vuoto che può avere un piccolo motore a induzione. Il vuoto nella camera consente la trasmissione di elettroni al campione e dal campione all'apparato di imaging. Infine, i torni e altre attrezzature per officine meccaniche possono utilizzare motori asincroni trifase più potenti. A causa della loro semplicità e mancanza di commutazione meccanica, i motori a induzione possono resistere a un uso intenso con una ridotta probabilità di guasto. Questa robustezza è un chiaro vantaggio nella fabbricazione di parti metalliche.

Hai appena visto l'introduzione di Giove ai motori a induzione CA. A questo punto è necessario comprendere il principio di base del funzionamento e come eseguire i test per determinare i parametri equivalenti del circuito.