Micromotores eléctricos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Los motores eléctricos suelen dividirse en tres grupos: alta, media y baja potencia. Para los motores de baja potencia (los llamaremos micromotores), no se establece ningún límite de potencia superior; normalmente es de varios cientos de vatios. Los micromotores se utilizan ampliamente en electrodomésticos y dispositivos (hoy en día, cada familia tiene varios micromotores, en refrigeradores, aspiradoras, grabadoras, reproductores, etc.), equipos de medición, sistemas de control automático, tecnología aeronáutica y espacial y otras áreas de la actividad humana.

Los primeros motores eléctricos de corriente continua aparecieron en los años 30 del siglo XIX. Un gran paso en el desarrollo de los motores eléctricos se produjo como resultado de la invención en 1856 por parte del ingeniero alemán Siemens de un convertidor de doble armadura y su descubrimiento en 1866 del principio dinamoeléctrico. En 1883, Tesla y en 1885, Ferrari, independientemente uno del otro, inventaron el motor de inducción de CA. En 1884, Siemens creó un motor de CA con conmutador y devanado de campo en serie. En 1887, Haselwander y Dolivo-Dobrovolsky propusieron un diseño de rotor con un devanado de jaula de ardilla en cortocircuito, que simplificó significativamente el diseño del motor. En 1890, Chitin y Leblanc utilizaron por primera vez un condensador desfasador.

Los motores eléctricos comenzaron a utilizarse en electrodomésticos en 1887 (en ventiladores), en 1889 (en máquinas de coser), en 1895 (en taladros) y en 1901 (en aspiradoras). Sin embargo, hasta la fecha, la necesidad de micromotores ha resultado ser tan grande (en una cámara de video moderna se utilizan hasta seis micromotores) que han surgido empresas y empresas especializadas para su desarrollo y producción. Se han desarrollado una gran cantidad de tipos de micromotores, cada uno de los cuales se analiza en un artículo de esta serie.

Micromotores asíncronos

Los micromotores asíncronos monofásicos son el tipo más común, cumplen con los requisitos de la mayoría de los accionamientos eléctricos de dispositivos y dispositivos, se caracterizan por su bajo costo y nivel de ruido, alta confiabilidad, no requieren mantenimiento y no contienen contactos móviles.

Включение. Un micromotor asíncrono puede tener uno, dos o tres devanados. Un motor de un solo devanado no tiene un par de arranque inicial y debe arrancarse utilizando, por ejemplo, un motor de arranque. En un motor de dos devanados, uno de los devanados, llamado devanado principal, está conectado directamente a la fuente de alimentación (Fig. 1).

Para crear un par de arranque, debe fluir una corriente en el otro devanado auxiliar, desfasada con respecto a la corriente en el devanado principal. Para ello, se conecta en serie con el devanado auxiliar una resistencia adicional, que puede ser de naturaleza activa, inductiva o capacitiva.

Muy a menudo, se incluye un condensador en el circuito de alimentación del devanado auxiliar, obteniendo así un ángulo de fase óptimo de las corrientes en los devanados igual a 90° (Fig. 1, b). Un capacitor que está conectado permanentemente al circuito de potencia del devanado auxiliar se llama capacitor de trabajo. Si, al arrancar el motor, es necesario proporcionar un mayor par de arranque, entonces, en paralelo con el condensador de trabajo C, se enciende un condensador de arranque Ca durante el arranque (Fig. 1, c). Una vez que el motor ha acelerado, el condensador de arranque se desconecta mediante un relé o un interruptor centrífugo. En la práctica, la opción de la Fig. 1, b se utiliza con mayor frecuencia.

El efecto de cambio de fase se puede obtener aumentando artificialmente la resistencia activa del devanado auxiliar. Esto se logra incluyendo una resistencia adicional o haciendo un devanado auxiliar con un cable de alta resistencia. Debido al mayor calentamiento del devanado auxiliar, este último se apaga después de arrancar el motor. Estos motores son más baratos y fiables que los motores de condensador, aunque no permiten un cambio de fase de 90° de las corrientes del devanado.

Para invertir la dirección de rotación del eje del motor, se debe conectar un inductor o inductor al circuito de potencia del devanado auxiliar, como resultado de lo cual la corriente en el devanado principal estará por delante en fase de la corriente en el devanado auxiliar. . En la práctica, este método rara vez se utiliza, ya que el cambio de fase es insignificante debido al carácter inductivo de la resistencia del devanado auxiliar.

El método más utilizado es el desfase entre el devanado principal y el auxiliar, que consiste en cortocircuitar el devanado auxiliar. El devanado principal tiene una conexión magnética con el devanado auxiliar, por lo que, cuando el devanado principal se conecta a la red de suministro, se induce una FEM en el devanado auxiliar y aparece una corriente desfasada con la corriente del principal. devanado. El rotor del motor comienza a girar en la dirección del devanado principal al auxiliar.

El motor de inducción trifásico de tres devanados se puede utilizar en modo de potencia monofásico. La Figura 2 muestra la conexión de un motor de tres devanados mediante circuitos en estrella y en triángulo en modo de funcionamiento monofásico (circuitos Steinmetz). Dos de los tres devanados están conectados directamente a la red de suministro y el tercero está conectado a la tensión de suministro a través de un condensador de arranque. Para crear el par de arranque requerido, es necesario incluir una resistencia en serie con el condensador, cuya resistencia depende de los parámetros de los devanados del motor.

Bobinados. A diferencia de los motores asíncronos de tres devanados, que se caracterizan por una disposición espacial simétrica y parámetros idénticos de los devanados del estator, en los motores con alimentación monofásica los devanados principal y auxiliar tienen parámetros diferentes. Para devanados simétricos, el número de ranuras por polo y fase se puede determinar a partir de la expresión:

q = norte / 2:XNUMX,

donde N es el número de ranuras del estator; m - número de devanados (fases); p - número de polos.

En los devanados casi simétricos, el número de ranuras y el ancho de los devanados difieren ligeramente, mientras que la resistencia activa e inductiva de los devanados principal y auxiliar tienen valores diferentes.

En los devanados asimétricos, el número de ranuras ocupadas por cada devanado varía significativamente. Por tanto, los devanados principal y auxiliar tienen diferente número de vueltas. Un ejemplo típico es el devanado 2/3-1/3 (Fig. 3), en el que 2/3 de las ranuras del estator están ocupadas por el devanado principal y 1/3 por el devanado auxiliar.

diseño. La figura 4 muestra una sección transversal de un motor con dos devanados concentrados o bobinados ubicados en los polos del estator.

Cada devanado (principal 1 y auxiliar 2) está formado por dos bobinas situadas en polos opuestos. Las bobinas se colocan en los postes y se introducen en el yugo de la máquina, que en este caso tiene forma cuadrada. En el lado del entrehierro, las bobinas están sujetas por salientes especiales que realizan la función de zapatas polares 3. Gracias a ellos, la curva de distribución de la inducción del campo magnético en el entrehierro se aproxima a una sinusoide. Sin estas protuberancias, la forma de la curva indicada es casi rectangular. Se pueden utilizar tanto un condensador como una resistencia como elemento desfasador para dicho motor. También es posible cortocircuitar el devanado auxiliar. En este caso, el motor se convierte en una máquina asíncrona de polos sombreados.

Los motores de polos sombreados se utilizan con mayor frecuencia debido a su simplicidad de diseño, alta confiabilidad y bajo costo. Un motor de este tipo también tiene dos devanados en el estator (Fig. 5).

El devanado principal 3 tiene forma de bobina y está conectado directamente a la red eléctrica. El devanado auxiliar 1 está en cortocircuito y contiene de una a tres vueltas por polo. Cubre parte del polo, lo que explica el nombre del motor. El devanado auxiliar está hecho de alambre de cobre redondo o plano con una sección transversal de varios milímetros cuadrados, que se dobla en vueltas de la forma adecuada. A continuación, los extremos del devanado se conectan mediante soldadura. El rotor del motor es de jaula de ardilla y en sus extremos hay aletas de refrigeración que mejoran la eliminación del calor de los devanados del estator.

Las opciones de diseño para motores de polos sombreados se muestran en las Figuras 6 y 7.

En principio, el devanado principal puede estar situado de forma simétrica o asimétrica con respecto al rotor. La Figura 6 muestra el diseño de un motor con un devanado principal asimétrico 5 (1 - orificio de montaje; 2 - derivación magnética; 3 - devanado en cortocircuito; 4 - orificios de montaje y ajuste; 6 - marco de devanado; 7 - yugo). Un motor de este tipo tiene una importante disipación del flujo magnético en el circuito magnético externo, por lo que su eficiencia no supera el 10-15% y está fabricado para una potencia de no más de 5-10 W.

Desde el punto de vista de la capacidad de fabricación, un motor con un devanado principal ubicado simétricamente es más complejo. En motores con una potencia de 10-50 W, se utiliza un estator compuesto (Fig.7, donde: 1 - anillo de yugo; 2 - anillo en cortocircuito; 3 - polo; 4 - rotor con devanado de jaula de ardilla; 5 - derivación magnética). Debido a que los polos del motor están cubiertos por un yugo y los devanados están ubicados dentro del sistema magnético, los flujos de fuga magnéticos aquí son significativamente menores que en el diseño de la Fig. 6. La eficiencia del motor es del 15 al 25%.

Para cambiar la velocidad de rotación de un motor de polos sombreados, se utiliza un circuito de polos cruzados (Fig. 8). Simplemente implementa el cambio del número de pares de polos del devanado del estator, para cambiarlo basta con encender los devanados conectados en direcciones opuestas. Los motores de polos sombreados también utilizan el principio de control de velocidad, que consiste en conmutar las bobinas del devanado de una conexión en serie a una conexión en paralelo.

Micromotores síncronos

Los motores síncronos con alimentación monofásica se utilizan en relojes, contadores, relés horarios, sistemas de regulación y control, instrumentos de medida, equipos de grabación de sonido, etc. En un motor síncrono se crea un campo magnético giratorio, cuya velocidad de rotación es constante y no depende de los cambios en la carga. Al igual que un motor de inducción monofásico, un motor síncrono produce un campo magnético giratorio elíptico. Cuando se sobrecargan, los micromotores síncronos pierden la sincronización. Después de aplicarles voltaje de suministro, es necesario crear las condiciones bajo las cuales el motor acelerará y entrará en sincronismo. Hay motores síncronos de reluctancia, histéresis y motores excitados por imanes permanentes.

Motores de jet

Con una potencia de hasta 100 W, se fabrica un motor síncrono con dos devanados: el principal y el auxiliar, y un condensador desfasador está conectado en serie con este último. El estator de un motor de reluctancia síncrono no se diferencia estructuralmente del estator de un motor asíncrono. En el rotor de un motor síncrono hay un devanado en cortocircuito (“jaula de ardilla”), que garantiza un arranque fiable del micromotor síncrono. A una velocidad de rotación cercana a la sincrónica, el motor acelera como uno asíncrono y luego se sincroniza automáticamente y el rotor continúa girando a una velocidad sincrónica. El diseño del rotor de un motor síncrono se muestra en la Fig. 9.

A lo largo de su circunferencia hay ranuras con un paso uniforme (Fig. 9, a), y la profundidad de las ranuras es de 10 a 20 veces mayor que la longitud del entrehierro de trabajo. En estas ranuras se vierte aluminio y las varillas de bobinado del rotor así formadas se cortocircuitan mediante anillos de aluminio soldados por ambos lados a los extremos de las varillas. Para el mismo valor de potencia reactiva consumida de la red, el par útil sobre el eje de un motor síncrono es dos veces menor que el par sobre el eje de un motor asíncrono. La eficiencia y el coste de un motor síncrono también son peores que los de uno asíncrono. Esto se explica por el hecho de que el entrehierro de trabajo de un motor síncrono es mayor que el de un motor asíncrono.

Al cambiar la conductividad de las secciones individuales del circuito magnético del motor, es posible dirigir el flujo magnético en la dirección deseada. Esto se puede lograr utilizando cavidades especiales en un material magnético blando rellenas de aleación de aluminio. La Figura 9b muestra un rotor bipolar fabricado de manera similar. En este caso, la longitud del entrehierro, como en un motor asíncrono, permanece invariable a lo largo de toda la circunferencia del estator. La potencia de un motor asíncrono de este tipo se acerca a la potencia de un motor asíncrono con alimentación monofásica.

Motores de histéresis

En términos de diseño, el estator de un motor de histéresis no se diferencia de los estatores de los motores considerados anteriormente (reluctancia asíncrona, síncrona). A baja velocidad de rotación de un motor de histéresis, su estator está formado por polos en forma de garra (Fig. 10).

Contiene un yugo 1 con un devanado, cuyas bobinas se alternan a lo largo de la circunferencia del estator, formando así una secuencia de electroimanes de polaridad alterna (NSNS...); 2 - postes en forma de garra; 3 - casquillo de material sintético; 4 - flujo de fuga, 5 - flujo magnético útil; 6 - rotor; 7 - bobinado de anillos; 8 - marco de bobinado. Se instalan placas a los lados de las bobinas para cerrar el flujo magnético. Cuando el devanado del estator se conecta a la red de suministro de energía, se crea un campo magnético multipolar en el entrehierro de trabajo.

La Fig. 11 muestra cuatro polos ubicados uno tras otro (1 - norte principal; 2 - norte auxiliar; 3 - anillo en cortocircuito; 4 - devanado de excitación de anillo; 5 - polo sur principal; 6 - polo sur auxiliar). Los anillos (o devanados) en cortocircuito, ubicados concéntricamente con respecto a la bobina del devanado del estator, tienen diferentes coeficientes de acoplamiento con los polos principal y auxiliar. De este modo, se garantiza un cambio de fase de los flujos magnéticos de los polos indicados, cuya consecuencia es la aparición de un campo magnético giratorio elíptico.

El rotor tiene un anillo de material ferromagnético con un amplio bucle de histéresis. La fuerza coercitiva de este material debe ser menor que la de los materiales magnéticos duros utilizados para fabricar imanes permanentes. De lo contrario, será necesario un potente campo magnético para remagnetizar el anillo. El anillo del rotor tiene ventanas cuyo número corresponde al número de polos del estator, lo que garantiza la rotación sincrónica del rotor debido al par reactivo.

Motores con excitación de imanes permanentes

Un motor síncrono que contiene un rotor hecho de imanes permanentes es estructuralmente similar a un motor con polos en forma de garra (ver Fig. 10). La principal ventaja de un motor de imán permanente sobre los motores de histéresis es que el par que desarrolla con las mismas dimensiones es 20-30 veces mayor que el par de un motor de histéresis. Además, los motores de imanes permanentes son más fiables. Para arrancar el motor, el rotor debe ponerse en movimiento, por lo que la carga no debe fijarse al eje mediante una conexión rígida. Los motores de baja potencia contienen un rotor con un anillo de imán permanente de ferrita que, con un pequeño número de polos, está magnetizado en dirección radial.

Con una gran cantidad de polos, el rotor está magnetizado en dirección axial y tiene polos en forma de garra (Fig. 12), donde 1 anillo está hecho de un imán permanente; 2 - casquillo. El diseño del estator utilizado en motores de alta potencia prácticamente no difiere del diseño del estator de un motor asíncrono con devanado distribuido. Los diseños de rotores son muy diversos.

La Figura 13 muestra tres opciones de diseño para motores síncronos de cuatro polos excitados por imanes permanentes. En la Fig. 13, a, se utiliza ferrita de bario para motores, en la Fig. 13, b - una aleación basada en un compuesto de elementos de tierras raras y cobalto, en la Fig. 13, c - aleación de álnico (1 - devanado de jaula de ardilla; 2 - imanes permanentes; 3 - derivaciones magnéticas).

Para garantizar un arranque asíncrono, todos los rotores tienen un devanado de varilla en cortocircuito, como en un motor asíncrono.

motores universales

Los motores conmutadores con excitación en serie se denominan universales porque pueden funcionar desde una red de CC o CA. Forman el grupo más importante de micromáquinas. La velocidad del motor no depende de la frecuencia de la tensión de alimentación, por lo que estos motores, a diferencia de los asíncronos, pueden tener una velocidad de rotación de más de 3000 rpm. La ventaja de los motores universales es la facilidad de control de velocidad mediante la conmutación de tomas del devanado de campo en serie o el control de fase mediante triacs. Como desventaja, podemos señalar el mayor coste de un motor universal en comparación con uno asíncrono, debido a la presencia de un devanado en el rotor y un conjunto de escobillas-conmutador (que también genera ruido adicional y se desgasta rápidamente).

diseño. Los motores universales tienen un diseño de dos polos. Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, los circuitos magnéticos del estator y del rotor están laminados.

La Fig. 14 muestra varias opciones de diseño para el estator del motor: Fig. 14, a - estator con devanados hechos a máquina; Fig. 14, b - estator con devanado de campo, fabricado y tendido manualmente; Fig. 14,c - estator con dos devanados de campo remotos; Fig. 14, d - estator con un devanado de excitación remota. El devanado del estator (excitación) de un motor universal generalmente consta de dos secciones o bobinas, entre las cuales hay una armadura, cuyo devanado está conectado en serie con el devanado de campo. Los devanados del inducido se pueden enrollar con un alambre doble. Cuando las ranuras del rotor son rectangulares, las bobinas se colocan paralelas entre sí. El devanado del inducido consta de dos ramas paralelas a lo largo de las cuales se distribuye la corriente del motor que pasa a través de las escobillas.

En un motor universal se debe prestar especial atención al conjunto colector de escobillas.

Los diseños de portaescobillas más utilizados se muestran en la Fig. 15, a, b, los diseños de la Fig. 15, c, d son más económicos y se utilizan en motores menos potentes, la Fig. 15, d muestra una escobilla con fusibles (1 - tapa; 2 terminal ; 3 - soporte; 4 - cepillo; 5 colector; 6 - estrangulador del filtro; 7 eje de rotación; 8 - anillo; 9 - gancho; 10 - lámina de cobre; 11 - ranura; 12 - aislante; 13 - terminal; 14 - resorte; 15 boquilla dieléctrica). El cuerpo del cepillo tiene una cavidad cilíndrica. El diseño del cepillo (Fig. 15e) es tal que cuando el cepillo se activa hasta el final de la cavidad, la tetina descansa contra la superficie del conmutador. Dado que la boquilla está hecha de material aislante, el contacto de la escobilla con el conmutador se rompe y el funcionamiento posterior del motor se vuelve imposible.

Características del trabajo en corriente continua.. Cuando el motor funciona desde una red de corriente continua, la caída de voltaje en el inducido y los devanados de excitación depende solo de su resistencia activa, por lo tanto, en igualdad de condiciones, el voltaje, la corriente, el flujo magnético y la fem en el devanado del inducido son mayores que cuando se alimenta desde una red de corriente alterna. Esto conduce a un cambio en la velocidad del motor. Si, cuando se alimenta desde redes de corriente continua y alterna, es necesario que el motor funcione a la misma velocidad, entonces en el modo de corriente continua el motor debe tener un mayor número de vueltas en el devanado de campo.

control de velocidad. Si saca conclusiones adicionales en el devanado de excitación, al cambiarlas puede cambiar la frecuencia de rotación (Fig. 16, a). A medida que disminuye el número de vueltas, aumenta la velocidad de rotación. El segundo método consiste en instalar una resistencia variable en serie con los devanados del motor (Fig. 16b). A medida que aumenta la resistencia de la resistencia, la velocidad del motor disminuye. El tercer método es utilizar un transformador de control (Fig. 16, c). El aumento de la tensión de alimentación conduce a un aumento de la velocidad del motor. El cuarto método consiste en derivar el devanado del inducido con una resistencia variable (Fig. 16d). A medida que disminuye la resistencia de la resistencia, también disminuye el número de revoluciones. Este método es bueno porque cuando se elimina la carga, el motor no acelera.

Se puede obtener un ajuste preciso de la velocidad de rotación en un circuito triac electrónico (Fig. 17). El triac “corta” parte del semiciclo de la tensión alterna. Para invertir el motor, es necesario cambiar la polaridad de la conexión del devanado del inducido o del devanado de campo.

Estabilización de velocidad. Los motores universales tienen una característica mecánica muy suave, es decir. Fuerte dependencia de la velocidad de rotación del par de carga. Para estabilizar la velocidad de rotación bajo cargas variables, se utilizan en particular reguladores mecánicos. Por ejemplo, puede utilizar un interruptor centrífugo, cuyo contacto está conectado en paralelo con una resistencia adicional. Este método garantiza una estabilidad de la velocidad de rotación dentro del 1%, pero solo para el valor de velocidad para el cual está diseñado el interruptor centrífugo. Por tanto, los reguladores electrónicos se utilizan cada vez más.

En los reguladores electrónicos (Fig. 17), por ejemplo, la FEM del devanado del inducido se utiliza como señal de retroalimentación proporcional al valor real de la velocidad de rotación. A medida que aumenta este valor, aumenta el ángulo de control del triac, lo que conduce a una disminución de la velocidad del motor. La precisión de la estabilización con este método es del 10%. Existen métodos más complejos (pero también más caros).

Motores DC con excitación de imanes permanentes

Actualmente, estos motores se fabrican principalmente con una tensión de alimentación de 12 V y se utilizan en accionamientos para automóviles, máquinas de escribir y equipos médicos y domésticos.

Construcciones Los motores de imanes permanentes son muy diversos. Esto se debe a los diferentes requisitos de rendimiento y coste de los motores.

La Fig. 18a muestra los elementos de diseño de motores simples y económicos con imanes anulares hechos de compuestos de ferrita (1 - segmentos magnéticos; 2 - rotor; 3 - paquete de estator; 4 - polos; 5 - imán anular; 6 - magnetización radial; 7 - magnetización diametral; 8 - imán rectangular). Estos imanes están magnetizados en dirección radial o axial. La carcasa del motor está hecha de material magnético blando laminado, ya sea en forma de cilindro o en forma de recipiente alargado. La carcasa sirve para cerrar el flujo magnético de los imanes permanentes. El paquete del rotor está fabricado con láminas de acero eléctrico sin aditivos de silicio (de 1 mm de espesor). El rotor está ubicado en cojinetes autoalineantes y contiene una pequeña cantidad de ranuras, lo que reduce el costo del devanado del inducido.

La figura 18b muestra elementos de diseños de motores de imanes permanentes más caros (donde 9 son polos; 10 son zapatas polares). Utilizan materiales magnéticos duros alnico (Al, Ni, Co) e imanes fabricados con metales de tierras raras. Estos motores tienen un cuerpo macizo y el rotor está fabricado de acero eléctrico de alta calidad. La eficiencia de estos motores supera el 80%. Encendiendo el motor. Si un motor de CC recibe energía de una batería, entonces, si es necesario, regule su velocidad de rotación, se utilizan reguladores de pulso (Fig.19, a, donde U es el voltaje de suministro; Um voltaje de pulso; Ra, La y Ui son, respectivamente , resistencia activa, inductancia y devanado del inducido EMF; Фр - flujo magnético del polo).

La Figura 19b muestra la forma del voltaje Um y la corriente i(t) en el motor. La velocidad del motor es directamente proporcional al ciclo de trabajo de los pulsos de voltaje activados mediante un tiristor o un potente transistor.

El motor de CC se alimenta desde la red de CA a través de un rectificador conectado mediante un circuito puente monofásico (Fig. 20). En este caso, la velocidad de rotación se puede controlar de la manera descrita anteriormente.

Otra posibilidad de controlar la velocidad es utilizar escobillas con posición regulable respecto al inducido. La tensión de alimentación se puede suministrar a las escobillas ubicadas en el neutro geométrico (a-a) o a una de estas escobillas y una escobilla adicional a' (Fig. 21), ubicada en un ángulo β con respecto a la segunda escobilla. En estos dos casos, la relación de velocidades del motor tiene la forma

n₀/n = 2/(1 + cosβ).

Motores DC con rotor no magnético. En los servomotores y en los motores de dispositivos de automatización, a menudo se imponen mayores requisitos a los valores de las constantes de tiempo electromagnéticas o electromecánicas, que deben ser lo más pequeños posible. Para solucionar este problema se han desarrollado dos tipos de diseños de motores: 1) huecos o con forma de campana; 2) con rotor de disco. Los primeros se producen con una potencia de 1 a 20 W, los segundos, con una potencia de más de 20 W.

En los motores con rotor hueco, este último tiene la forma de un vidrio de material aislante eléctrico sintético, en cuya superficie se fija el devanado (Fig.22, donde 1 - conmutador; 2 - escobilla; 3 - carcasa; 4 - capa superior del devanado; 5 - capa inferior del devanado) . El rotor gira en el campo magnético de imanes permanentes instalados en el estator y formando un sistema de excitación de dos o cuatro polos.

En los motores con rotor de disco, este último tiene la forma de un disco en el que se ubican imanes anulares o segmentados, creando un flujo magnético en dirección axial (Fig.23, donde 1 cepillo; 2 - imanes cilíndricos y anulares; 3 - rotor de disco).

Los imanes se pueden ubicar a ambos lados del disco del rotor. En los motores de baja potencia, el disco del rotor está hecho de material aislante eléctrico con un devanado impreso o estampado. El par en el eje del motor prácticamente no cambia, ya que el devanado está ubicado uniformemente alrededor de la circunferencia del rotor. Por lo tanto, estos motores son más adecuados para accionamientos eléctricos que requieren mantener una velocidad estable. Estos motores no requieren el conmutador utilizado en los motores de CC convencionales porque las escobillas se deslizan sobre los extremos de los conductores de bobinado impresos. En motores de mayor potencia se utiliza un rotor con un devanado lleno de un compuesto especial para fijarlo al rotor. Estos motores tienen un diseño de colector convencional.

Motores de válvulas

En los microaccionamientos modernos se imponen exigencias cada vez más estrictas a los motores. Por un lado, deben tener una alta confiabilidad y simplicidad de diseño de motores asíncronos, por otro lado, simplicidad y un amplio rango de control de velocidad para motores DC. Los motores con circuitos de control electrónico o motores sin escobillas cumplen plenamente estos requisitos. Al mismo tiempo, no tienen las desventajas de los motores asíncronos (consumo de potencia reactiva, pérdidas del rotor) y síncronos (pulsaciones de velocidad de rotación, pérdida de sincronismo).

Los motores conmutados son máquinas de CC sin contacto excitadas por imanes permanentes con un estator de uno o varios devanados. La conmutación de los devanados del estator se realiza según la posición del rotor. El circuito de control electrónico incluye sensores especiales de posición del rotor. Los motores de válvulas se utilizan en instrumentos y aparatos de alta calidad, por ejemplo, en accionamientos eléctricos de grabadoras y grabadoras de vídeo, en equipos de medición, así como en aquellos accionamientos eléctricos en los que es necesario garantizar un posicionamiento de alta precisión del rotor. y el elemento de trabajo asociado. En esta capacidad, compiten con éxito con los motores paso a paso.

En los motores de CC con conmutador, el flujo magnético de excitación tiene la misma dirección y está estacionario en el espacio. La fuerza magnetizante del devanado del inducido Θ2 se encuentra en un ángulo de 90° con respecto al flujo de excitación magnética Ф₁ (Figura 24). Gracias al conmutador, el ángulo de 90° conserva su valor incluso cuando el rotor gira.

El motor del rotor tiene imanes permanentes en el rotor que crean un flujo de excitación magnética, y el devanado del inducido está ubicado en el estator (Fig. 25, a - en la posición original; b - cuando se gira en un ángulo α). El devanado del estator se alimenta de tal manera que entre su fuerza magnetizante Θ1 y el flujo de excitación Ф₂ el ángulo se mantiene en 90°. Con un rotor giratorio, esta posición se puede mantener al cambiar los devanados del estator. En este caso, los devanados del estator deben conmutar en determinados momentos y en una secuencia determinada.

La posición del rotor se determina, por ejemplo, mediante un sensor Hall. El sensor de posición controla el funcionamiento de interruptores electrónicos (transistores). Por tanto, sin un circuito electrónico, el funcionamiento de un motor de válvula es imposible. A medida que aumenta el número de devanados del estator, aumenta la complejidad del circuito de control electrónico. Por lo tanto, estos motores no suelen utilizar más de cuatro devanados. Los diseños de motores baratos contienen un solo devanado.

El diagrama de un motor de un solo devanado se muestra en la Fig. 26, a. Hay un devanado 1 en el estator, que está conectado a la tensión de alimentación mediante el transistor VT1 (Fig. 26b). El rotor del motor está hecho de un imán permanente y tiene un par de polos. La señal de control a la base del transistor la suministra el sensor Hall HG. Si este sensor ingresa a un campo magnético, por ejemplo, un imán adicional, entonces aparece un voltaje Un en su salida, que enciende el transistor. El transistor sólo puede estar abierto o sólo cerrado.

La Figura 27,a muestra la ubicación del sensor Hall y el imán adicional (sección transversal a lo largo del eje), y la Figura 27,b, a lo largo del eje. El sensor Hall responde al polo norte del imán adicional (N).

La figura 28, a muestra un diagrama estructural de un motor de dos devanados.

El estator tiene dos devanados 1 y 2, a través de los cuales fluyen corrientes de signos opuestos o los devanados tienen direcciones de devanado opuestas. Los devanados se conmutan mediante los transistores VT1 y VT2 (Fig. 28b) a su vez. Para hacer esto, el sensor Hall debe tener dos salidas, en una aparece un pulso cuando pasa el polo norte de un imán adicional, en la otra, cuando pasa por el polo sur. Este modo también se puede implementar en un motor de un solo devanado, pero para ello es necesario tener dos fuentes de alimentación y dos transistores. En este caso se habla de un motor de una sola bobina con alimentación bipolar.

La Figura 29a muestra un diagrama de un motor de tres devanados. Su estator tiene tres devanados (1, 2, 3), ubicados a lo largo de su circunferencia en un ángulo de 120° entre sí. Cada uno de los devanados está conectado a la fuente de energía a través de un interruptor de transistor separado. Se utilizan tres sensores Hall para controlar los transistores. La corriente fluye a través de cada devanado durante un tercio del período. Esta corriente pulsada tiene un componente constante, lo que no crea par, pero aumenta las pérdidas por calentamiento de los devanados. Un motor de tres devanados se puede encender utilizando un circuito de onda completa, que contiene seis transistores (Fig. 29, b).

Un motor con cuatro devanados de estator es relativamente económico porque utiliza sólo dos sensores Hall con cuatro transistores, lo que simplifica el circuito de control. Los devanados 1-4 (Fig. 30, a, b) están ubicados en el estator en un ángulo de 90°. Los sensores Hall son excitados por los imanes permanentes del rotor del motor. Hay dos formas de controlar el motor: con conmutación de 90 grados y de 180 grados. Con una conmutación de 90 grados, la corriente fluye a través de sólo un devanado de cada cuatro en un momento dado.

El circuito de control del motor se muestra en la Fig. 31 y la ubicación de los imanes de control y los sensores Hall se muestra en la Fig. 32. Con esta disposición, los transistores se encienden en el siguiente orden: VT1, VT3, VT2, VT4.

Con la conmutación de 180 grados, el diseño del motor es el mismo, pero en cada uno de los cuatro devanados la corriente fluye durante medio ciclo, lo que provoca que las corrientes se superpongan en los devanados. Los sensores Hall no funcionan con imanes permanentes, sino con un rotor magnetizado. Por lo tanto, la forma del voltaje de salida de los sensores Hall es coseno y los transistores VT1-VT4 no funcionan en modo pulsado, sino en modo lineal. El modo de conmutación de 180 grados también se puede implementar en un motor de dos devanados si se conectan dos transistores con dos fuentes de energía al circuito de cada devanado.

Para mantener un valor determinado de la velocidad de rotación de un motor de válvula, puede utilizar el diagrama de la Fig. 33.

Como señal de realimentación se utiliza la fuerza electromagnética del devanado del estator, que es proporcional a la velocidad del rotor. Un circuito de selección de voltaje máximo se ensambla mediante diodos. De los cuatro diodos sólo está abierto uno, que actualmente tiene la tensión más alta. El resultado es un rectificador de cuatro fases, su componente CC de la tensión de salida es proporcional a la velocidad de rotación. En la entrada del transistor VT6, se conecta el condensador C6, que suaviza las ondulaciones del rectificador. A medida que aumenta la velocidad de rotación, aumenta la corriente del transistor VT6, lo que conduce a una disminución de la corriente en el transistor VT5, lo que significa que disminuye la corriente desde las salidas de los sensores Hall a los transistores VT1-VT4. Esto conduce a una disminución de la velocidad del motor.

Motores paso a paso

Hay muchos dispositivos y aparatos en los que se confía al accionamiento eléctrico la tarea de posicionar de forma rápida y precisa una determinada unidad o elemento de trabajo. En estos casos se utilizan motores eléctricos con movimiento de rotor discreto (paso). Un motor que convierte impulsos eléctricos en mecánicos se llama motor paso a paso.

Además del motor paso a paso, el accionamiento eléctrico paso a paso incluye una unidad de control electrónico (Fig. 34), donde 1 es el puntero de configuración; 2 - circuito de control; 3 - unidad electrónica o microprocesador; 4 - interruptor; 5 - bloque de energía; 6 - fuente de alimentación; 7 - motor). Los motores paso a paso funcionan principalmente según el principio de un motor síncrono, por lo que también tienen desventajas similares: la posibilidad de perder el sincronismo y la tendencia del rotor a oscilar al realizar un paso.

diseño. Un motor paso a paso consta de varios motores, cuyos devanados tienen direcciones de devanado hacia adelante y hacia atrás. Dado que los devanados están distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia del estator, el rotor sigue los devanados conmutados secuencialmente (Fig. 35). El rotor está hecho de un material magnéticamente duro o magnéticamente blando, así como de una combinación de ambos. En los dos últimos casos, el rotor tiene dientes. En la Fig. 35, b, cada parte del rotor tiene cuatro dientes. Con un número de m paquetes y 2p polos, el rotor realiza z pasos z = 2pm por revolución. El número de pasos determina el tamaño del paso a lo largo del ángulo αt; = 2p/z. El diseño de la Fig. 35b tiene m = 3 y 2р = 4, lo que corresponde a z = 12 y α = 30°.

El modo de funcionamiento con conmutación de devanados individuales se denomina modo de paso completo. Sin embargo, es posible activar simultáneamente dos devanados adyacentes en el diseño de la Fig. 35, a. en este caso, el rotor gira medio paso. Este modo se llama modo de paso fraccionario. En este caso, el coeficiente k debe introducirse en la expresión de z, teniendo en cuenta el modo de funcionamiento del motor. Para el modo de paso completo k = 1, para el modo de paso fraccionario k = 2. El fraccionamiento del paso le permite reducir el número de devanados, simplificar el circuito de control y reducir el costo del accionamiento eléctrico.

Además de aumentar el número de devanados, el paso se puede reducir aumentando el número de polos o dientes del rotor. En este caso, se imponen mayores exigencias a la precisión en la fabricación del rotor. Además, un rotor multipolar es mucho más difícil de magnetizar. Por lo tanto, no sólo el rotor, sino también el estator están hechos de engranajes (Fig. 36).

El estator y el rotor tienen algunas diferencias en el número de dientes. Los dientes del rotor "extra" se encuentran entre los polos del estator. En este diseño también es posible implementar modos de pasos completos y fraccionarios. Si a través del devanado del estator pasan corrientes de un cierto valor, entonces, en principio, es posible obtener cualquier paso, pero esto conducirá a una complicación significativa de la unidad de control. También se pueden utilizar cajas de cambios para reducir el paso. En este caso, el par sobre el eje del mecanismo puesto en rotación aumenta y su momento de inercia disminuye, y la fricción en la caja de cambios ayuda a amortiguar las oscilaciones del rotor del motor paso a paso. Pero el uso de una caja de cambios conduce a un aumento del error de paso.

Un motor con un rotor de imán permanente se denomina motor de rotor activo (motor PM). Un motor cuyo rotor está hecho de un material magnético blando se denomina motor de rotor de reluctancia (motor VR). Este motor debe tener al menos tres devanados, mientras que en un motor PM basta con tener dos devanados. Además, existen diseños que combinan las características de los motores de rotor activo y reactivo. En estos diseños híbridos, el rotor de imán permanente también tiene dientes.

En la Tabla 1 se muestra una comparación de tres tipos de motores paso a paso.

Tabla 1

Los motores paso a paso pueden proporcionar no solo un movimiento de rotación, sino también de traslación del mecanismo de accionamiento eléctrico. Estos motores paso a paso se denominan lineales. Se utilizan, por ejemplo, para posicionar varios dispositivos en el plano XY, y el movimiento a lo largo de cada coordenada se realiza mediante un devanado independiente. Además de los motores paso a paso lineales electromagnéticos, existen los piezoeléctricos. La Figura 37a muestra un diagrama de dicho motor. Su diseño incluye dos electroimanes M1 y M2 (1), que pueden deslizarse a lo largo de una viga de acero 4, y un cable piezoeléctrico 3.

El diseño del cable piezoeléctrico se ilustra en la Fig. 37, b. Si se aplica voltaje a los electrodos 2, dependiendo de su polaridad, los elementos del cable 5 se comprimirán o estirarán. Cuando se aplica voltaje a los devanados de los electroimanes, estos quedarán fijados a la viga de acero. La Figura 37,c muestra la secuencia de pulsos de voltaje suministrados a los devanados de los electroimanes y a los electrodos del cable piezoeléctrico, así como el proceso de movimiento de los electroimanes.

Circuitos de control. La Fig. 38 muestra circuitos de control para motores paso a paso, en los que se implementan dos métodos de control principales: unipolar y bipolar. Con control unipolar (Fig.38, a), se utiliza un motor paso a paso de dos paquetes, en cada paquete de estatores A y B, de los cuales hay dos devanados A1, A2 y B1, B2. Los devanados de cada paquete forman un par de polos y crean una fuerza magnetizante de diferentes signos.

La Figura 39 muestra el diagrama de conexión de un motor con rotor híbrido. El devanado anular de cada paquete de estator con polos en forma de garra contiene dos semidevanados.

El circuito de control de la Fig. 38a es sencillo, pero al mismo tiempo empeora el uso del motor, ya que sólo uno de los dos devanados del estator está en funcionamiento. Con control bipolar (Fig. 38, b), el uso del motor aumenta, aunque al mismo tiempo el circuito de control se vuelve más complicado. Por lo tanto, este método de control se utiliza en motores eléctricos con mayores requisitos de parámetros de peso y tamaño.

Control del motor

Las ecuaciones que describen el motor para cada fase son las siguientes:

Vm = Rm Im + Em;

Em=K₁w;

M=K₂soy,

donde Vm es el voltaje suministrado; Im - consumo actual; Em - voltaje de autoinducción; Rm - resistencia al devanado; M momento de fuerza sobre el eje; w - velocidad angular de rotación del rotor; A₁ y K₂ - coeficientes de proporcionalidad.

Así, para cada fase de la tensión suministrada, el motor está representado por un circuito equivalente que consta de una resistencia y una fuente de tensión conectadas en serie. La resistencia representa la resistencia de los devanados, la fuente de voltaje representa el voltaje de autoinducción de los devanados (Fig. 40).

Los motores funcionan en uno de dos modos. En el primer modo, la velocidad del motor se establece mediante la frecuencia del voltaje que se le suministra. En el segundo modo, el propio motor, al cambiar los devanados con escobillas o cambiar los devanados en función de las señales de los sensores de posición, establece la velocidad de rotación en función del voltaje aplicado y la carga en el eje. El control de los motores de CC se reduce a suministrarles el voltaje requerido de una polaridad determinada, ya que el valor del voltaje determina la velocidad y la polaridad determina la dirección de rotación. En la Fig. 41 se muestra un circuito típico de etapa de salida y el funcionamiento de los comandos de control.

El circuito de control envía señales F (adelante) - adelante y R (reversa) - atrás. Cuando se aplican estas señales, la polaridad del voltaje aplicado al motor cambia. Si estos comandos se aplican simultáneamente (F = R = 1) o se eliminan (F = R = 0), entonces el motor funciona en modo de frenado o en modo de parada. La diferencia entre ellos es que durante el modo de frenado el motor prácticamente sufre un cortocircuito. En modo de parada, el motor funciona en condiciones cercanas al ralentí, es decir. gira por inercia. El motor se detiene más rápidamente al frenar, ya que la energía cinética almacenada en el rotor se disipa en la resistencia del devanado.

Como se puede ver en la Fig. 41, el voltaje aplicado al motor no puede ser mayor que el voltaje en el pin Vc (control de voltaje). El voltaje en este pin no es lineal, sino que está relacionado monótonamente con el voltaje del motor, por lo que se utiliza para el control de velocidad.

La Figura 42 muestra el uso del microcircuito ROHM BA6219B para controlar el motor de CC del eje de transmisión del VCR. Aquí, como arriba, los comandos F y R especifican la dirección de rotación. Se alimentan desde una microcomputadora que controla el mecanismo de la unidad de cinta, el voltaje de control Vc se genera en el servoprocesador.

Control de motores paso a paso

Para un motor paso a paso, la rotación en un ángulo mínimo (paso) se realiza cuando cambia la fase de la tensión de alimentación. Para un motor que tiene p pares de polos, el paso es igual a π/(np). Para facilitar la especificación del número de pasos en código binario, el número de devanados se elige igual a una potencia de 2 (normalmente 4). Los voltajes de las ondas viajeras que crean el campo magnético giratorio se generan a partir de señales suministradas digitalmente a la entrada del circuito de control. Una característica del funcionamiento de un motor paso a paso es que después de girar en un ángulo determinado, el rotor debe mantener su posición ocupada, es decir. La corriente debe fluir a través de los devanados. Por lo tanto, los devanados funcionan con corriente en lugar de voltaje. En la Fig. 43 se muestra una versión visual de la etapa de salida del circuito de control del motor paso a paso.

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Las señales digitales D0 y D1, a partir de las cuales se forman las tensiones de onda progresiva, se generan mediante un contador inversor CT2. El comando de escritura WR carga el contador con el número de pasos NS. El contador cuenta hasta que su contenido sea igual a cero. En este momento aparece cero en la salida de transferencia P y el conteo se detiene, ya que la señal P cierra la válvula que suministra pulsos de frecuencia escalonada FS a la entrada de conteo del contador. La frecuencia de estimulación suele generarse a partir de la frecuencia del reloj mediante un contador o temporizador. La señal FR especifica el sentido de contaje y, por tanto, el sentido de giro del motor. La señal STOP se utiliza para detener el motor.

Los circuitos de control prácticos tienen una lógica de control más amplia, una etapa de salida puenteada y normalmente contienen un limitador de corriente de ancho de pulso. La lógica de control suele complementarse con señales de inhibición y rotación de fases. Se instala una etapa de salida de puente para cambiar la dirección de la corriente en el devanado del motor cuando se alimenta desde una fuente unipolar. El comando de rotación de fase cambia la dirección de la corriente: dependiendo de su valor, funcionan los transistores de una sola de las diagonales de la etapa de salida. El limitador de corriente por duración de impulso sirve para reducir la potencia disipada por la etapa de salida.

El diseño de un circuito de control de motor paso a paso típico se muestra en la Fig. 44 (solo una etapa de salida).

La entrada de control de polaridad P abre la válvula G1 o G2, por lo que la señal digital procedente de la entrada IN1 (entrada fase 1) abre los transistores de sólo una de las diagonales del puente: T1, T4 en P = 1 y T2, T3 en P = 0. La polaridad del voltaje cambia en consecuencia, aplicada al devanado del motor. El limitador de ancho de pulso consta de una resistencia de medición de corriente, un comparador y un temporizador. El temporizador consta de un diodo, un circuito RC y un disparador Schmitt. El limitador estabiliza la corriente en el devanado al nivel Imax =Vref/Rs de la siguiente manera. Supongamos que en un momento dado P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (el condensador del circuito temporizador RC está descargado), el voltaje a través de la resistencia de medición de corriente Rs es menor que Vref: IL Rs < Vref (IL es la corriente a través de la inductancia del devanado). En este caso, los transistores T1 y T4 están abiertos y la corriente IL aumenta gradualmente hasta Imax. Después de que se activa el comparador, el condensador del circuito del temporizador RC se cargará a través del diodo D. Durante el tiempo Tm (la duración de la descarga del condensador), los transistores T1 y T4 se cerrarán. Durante este tiempo, se aplica un voltaje de polaridad inversa al devanado y la corriente disminuye en la cantidad dI = VL(Tm/L). VL = Vm - voltaje en el devanado, L - inductancia del devanado del motor. Una vez finalizado el pulso del temporizador, los transistores T1 y T4 se abrirán y la polaridad del voltaje en el devanado cambiará nuevamente. La corriente en el devanado comenzará a aumentar nuevamente, y aumentará en la cantidad dI en casi el mismo tiempo Tm, ya que durante la disminución de la corriente, el voltaje en el devanado es casi el mismo que durante el aumento. Por tanto, la corriente media Iw en el devanado es Iw = Imax - dI/2.

El motor paso a paso se puede configurar para que funcione en modo de rueda libre, luego su velocidad estará determinada por el voltaje aplicado y la carga en el eje. Para ello es necesario que los impulsos a partir de los cuales se forman las tensiones de las ondas progresivas se generen en función del ángulo de rotación del rotor, es decir su posición. El diseño y funcionamiento del circuito de control del motor paso a paso en modo de rueda libre se muestran en la Fig. 45.

Para mayor claridad, el motor en cuestión tiene un par de polos de rotor y dos devanados de estator. Los devanados están conectados a través de resistencias limitadoras de corriente, los voltajes de los sensores se suministran a las entradas de los disparadores Schmitt. La Figura 45,c muestra las cuatro combinaciones posibles de señales de corriente en los devanados y las posiciones correspondientes del rotor. Se encuentran en un ángulo de 45° con respecto a la vertical, exactamente frente a los sensores de posición. Cuando el rotor está cerca del sensor, se activa el gatillo correspondiente, como resultado, se suministra corriente a los devanados, atrayendo el rotor al siguiente sensor en la dirección de rotación. Al girar en sentido negativo (en el sentido de las agujas del reloj), el contacto del interruptor se eleva (FR = 1), la tensión V1 conmuta la corriente I1 en el devanado 1, V0 - la corriente I0 en el devanado 0. En la posición inicial, cuando no fluye corriente a través del devanados, el rotor es atraído por el polo hacia el núcleo de una de las bobinas, es decir ocupa una posición en un ángulo de 0 o 90° con respecto a la vertical.

Cuando se aplica energía, los gatillos se configurarán en ciertos estados y el rotor tenderá a tomar la posición correspondiente. Al mismo tiempo, alcanzará o pasará por el sensor, provocando que se accione el gatillo correspondiente, tras lo cual el rotor comenzará a girar uniformemente. Tenga en cuenta que el procedimiento de funcionamiento y especialmente de arranque descrito es fiable si los sensores generan tensión sólo por posición, sin la influencia de la velocidad del rotor. Los sensores más simples y fiables con estas propiedades son los sensores Hall, por lo que prácticamente han sustituido a todos los demás tipos de sensores utilizados en los motores.

Una grabadora de casetes suele tener un motor de corriente continua, que no cambia el sentido de rotación. La gran mayoría de grabadoras tienen un motor con rotor tripolar, cuyo funcionamiento y diseño se muestran en la Fig. 45.

Los requisitos de estabilidad de la velocidad se satisfacen mediante un circuito estabilizador que funciona midiendo el voltaje de autoinducción del motor. Esta tensión es directamente proporcional a la velocidad de rotación y, por tanto, puede servir como sensor de velocidad. El circuito de estabilización debe mantener el voltaje de autoinducción igual al especificado.

La Figura 46 muestra uno de los diagramas más visuales que implementa esta idea. En este esquema, la estabilización de la velocidad se lleva a cabo comparando los voltajes del motor y su modelo. El motor está representado por una resistencia Rm y una fuente de tensión Em. El modelo consta de una resistencia R2 y una fuente de tensión de control Vc. La resistencia R2 representa la resistencia del motor; Vc es el voltaje de autoinducción especificado. Las resistencias R1, Rm, R2, R3 forman un puente para medir la diferencia de voltajes Vc y Em. Con una ganancia suficientemente grande, podemos suponer que V1 = V2 y que el motor girará a una velocidad determinada w0 independientemente de la carga sobre su eje.

La Figura 47 muestra un diagrama de bloques del circuito integrado Toshiba TA7768F, en el que el voltaje de referencia se resta directamente del voltaje del motor. Para utilizar este microcircuito, necesita conocer la relación de resistencia de las resistencias R1/R2.

Para velocidad fija, el circuito de tres pines más popular (Fig. 48). En él, se suministra una corriente kIm a la resistencia R1 a través de un espejo de corriente, proporcional a la corriente Im que fluye a través del motor. La corriente en la resistencia R2 y la corriente consumida por el circuito de control también fluyen a través de la resistencia R1, por lo que la corriente del motor debe ser lo suficientemente grande como para ser insignificante.

En grabadoras con movimiento inverso de la cinta, es necesario estabilizar la velocidad de rotación del motor en ambas direcciones. Para hacer esto, un estabilizador convencional se complementa con un interruptor para conectar el motor en una determinada polaridad.

Al configurar los circuitos descritos, primero seleccione una resistencia que simule la resistencia de los devanados del motor, desde la condición de mínima influencia de la carga sobre la velocidad del motor. Luego se selecciona una resistencia que establece la velocidad de rotación. El motor del eje de transmisión del VCR se utiliza multifásico para reducir las irregularidades de su rotación y se suministran voltajes sinusoidales a los devanados. En la gran mayoría de los casos se utilizan motores trifásicos con sensores Hall. La estructura del motor se muestra en la Fig. 49, a. Su funcionamiento es el mismo que el de un motor paso a paso.

El circuito de la Fig. 49a consta de tres bloques (canales) idénticos, en cada uno de los cuales se genera una tensión V para el devanado de su propia fase. El bloque consta de un sensor, un disparador Schmitt, un controlador y una etapa de salida. El motor tiene un rotor de dos polos, los devanados están ubicados frente a los sensores. En el momento que se muestra en la Fig. 49, a, el polo norte del rotor está ubicado en el sensor de fase A, es decir Hasta ese momento, por el devanado de la fase A circulaba una corriente que atraía hacia él el polo del rotor. Cuando el rotor se acerca al sensor de fase A, el voltaje inducido en él activa el gatillo de la fase A. Al apretar el gatillo se suministra corriente a otra fase del devanado dependiendo del sentido de rotación: para que el rotor gire en sentido contrario a las agujas del reloj, es necesario suministrar corriente al devanado de la fase C y que gire en el sentido de las agujas del reloj hacia el devanado de la fase B. El diagrama de tiempos de la operación se muestra en la Fig. 49, b.

La velocidad de rotación del eje de transmisión se estabiliza en función del impulso de conmutación del cabezal, con precisión de fase. El pulso de conmutación del cabezal es un pulso de frecuencia de cuadro simétrico, vinculado únicamente a los campos del cuadro. Al grabar, se aplica un pulso al cabezal de control y, durante la reproducción, se lee en él. El diagrama de bloques del control del motor del eje de transmisión se muestra en la Fig. 50.

El sensor de velocidad es un disco dentado montado en el rotor del motor y un sensor Hall ubicado en el estator. La frecuencia de los pulsos de voltaje en la salida del sensor Hall es directamente proporcional a la velocidad del rotor. La señal del sensor de velocidad se amplifica, limita y envía a los detectores de frecuencia (FR) y fase (PD). Las señales de salida de los detectores se suman y se envían a la etapa de salida. También se le envían comandos de frenado y dirección de rotación. El voltaje de la etapa de salida se suministra al motor.

Los circuitos integrados de control de motores incluyen solo unidades individuales del diagrama de bloques de la Fig. 50. La mayoría de las veces incluye una etapa de salida y un amplificador del sensor de velocidad, ya que están conectados directamente al motor.

La Figura 51,a muestra el diagrama de bloques del microcircuito KA8329 (Samsung) y la Figura 51,b muestra el HA13406W (Hitachi).

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Cálculo de motores eléctricos.

Las clasificaciones del motor son potencia, velocidad de rotación y voltaje. La potencia del motor se expresa en vatios. No se trata de energía consumida de la fuente, sino de energía mecánica en el eje. La elección de la potencia depende del propósito del motor. Entonces, para juguetes y modelos eléctricos, una potencia de hasta 3 W es suficiente, para un ventilador pequeño, de 10 a 15 W, para una sierra circular, cientos de vatios. La potencia del motor está estrechamente relacionada con la velocidad de rotación.

Para una potencia determinada, cuanto mayor es la velocidad del motor, menor es su tamaño y menos materiales se necesitan. Los motores con escobillas de CC y CA se pueden diseñar para cualquier velocidad de rotación (incluso hasta 10000 rpm). Pero, según las condiciones para el funcionamiento confiable de las escobillas del conmutador, no se recomienda construir motores con una velocidad de rotación de más de 5000 rpm.

En motores asíncronos de todo tipo, la velocidad del rotor depende de la frecuencia de la corriente alterna, que permanece constante. Para los motores de dos polos, que se utilizan con mayor frecuencia, la velocidad síncrona a una frecuencia de 50 Hz es de 3000 rpm (teniendo en cuenta el deslizamiento: 2900 rpm). Estas velocidades de rotación rara vez se utilizan directamente; generalmente se instala una caja de cambios entre el motor y el mecanismo accionado.

El voltaje del motor está determinado por la fuente de alimentación. El motor eléctrico de un automóvil, por ejemplo, depende del voltaje de la batería.

El cálculo de los motores de corriente continua comienza determinando dos dimensiones principales: el diámetro y la longitud de la armadura. Estas dimensiones están incluidas en la fórmula.

D²l = Pa 10⁹/1,1 AS B n (cm³), (una)

donde D es el diámetro del ancla, cm; l - longitud del ancla, cm; Pa - potencia de diseño, W; AS - carga lineal de armadura, A/cm; B - inducción magnética en el entrehierro, G; n - velocidad de rotación nominal, rpm.

El lado izquierdo de la fórmula (1) es proporcional al volumen de la armadura. Como puede verse en el lado derecho de (1), el volumen de la armadura es proporcional a la potencia del motor Pa e inversamente proporcional a la velocidad de rotación n. De esto podemos concluir que cuanto mayor es la velocidad de rotación del inducido del motor, menores son sus dimensiones, y las dimensiones del resto de partes del motor dependen de las dimensiones del inducido.

Potencia estimada del motor

Pa = EI = P(1 + 2y)/3y (W), (2)

donde E es la FEM inducida en el devanado del inducido cuando gira en un campo magnético; I es la corriente consumida por el motor desde la fuente, A; P - potencia nominal del motor, W; y es la eficiencia del motor, cuyo valor se puede determinar en la Fig. 52 (como puede verse en la curva, el valor de eficiencia disminuye drásticamente a medida que disminuye la potencia del motor). La potencia calculada del motor es siempre mayor que la potencia nominal.

Corriente consumida por el motor

Yo \u3d P / U y (A), (XNUMX)

donde U es la tensión nominal.

Definamos la FEM E:

E \u4d Pa / I (B). (cuatro)

Carga de armadura lineal

AS = NI/2πD (A/cm). (5)

En la fórmula (5), N denota el número de conductores del devanado del inducido, los dos en el denominador muestran que la corriente total del inducido I se bifurca entre dos conductores del devanado, el producto πD es la circunferencia del inducido.

La carga lineal AS y la inducción magnética en el entrehierro B se denominan cargas electromagnéticas. Muestran la carga eléctrica y magnética del motor. Estos valores no deben exceder un cierto límite, de lo contrario el motor se sobrecalentará durante el funcionamiento.

El calentamiento del motor depende no sólo de las cargas electromagnéticas, sino también del tiempo de funcionamiento. Algunos motores funcionan durante largos periodos de tiempo sin pararse (motores de ventilador). Otros motores funcionan de forma intermitente, durante los cuales tienen tiempo para enfriarse (motores de aspiradoras, frigoríficos). El funcionamiento intermitente del motor se denomina funcionamiento intermitente.

La carga lineal y la inducción magnética se pueden determinar usando las Fig. 53 y 54 (donde el eje horizontal muestra la potencia nominal dividida por la velocidad de rotación nominal, por ejemplo, con una potencia de 15 W y una velocidad de 3000 rpm, es necesario tome el número 5 en el eje de abscisas).

Pasemos a la fórmula (1). En él, el diámetro y la longitud del ancla están relacionados entre sí en una determinada proporción. Denotemos la relación l/D = k. El valor de k para motores pequeños oscila entre 0,7 y 1,2. Si se requiere un motor con una longitud más corta pero un diámetro mayor, entonces elija k = 0,7. Por el contrario, si es necesario colocar el motor en una tubería de pequeño diámetro, se elige k = 1,2. Al introducir la relación l/D = k en (1), nos liberamos de una l desconocida, y la fórmula (1) toma la siguiente forma:

D = (Pa 10⁹/1,1k AS B n)^1/3 (cm). (6)

Habiendo calculado el valor de D, encontramos l mediante el coeficiente k. Así, se determinan las principales dimensiones del motor. Ahora calculemos los devanados del inducido. Para hacer esto, es necesario determinar el flujo magnético del motor. Si la inducción magnética en el entrehierro se multiplica por el área por la que las líneas eléctricas entran en la armadura, obtenemos el flujo del motor.

Ф = B atl, (7)

donde t es la división polar, es decir parte de la circunferencia de la armadura por polo. En un motor bipolar t = πD/2. El coeficiente a suele considerarse igual a 0,65. El valor de B se encuentra en el gráfico de la Fig. 54. El número de conductores de armadura está determinado por la fórmula.

norte = mi 60 10⁸/F n. (ocho)

El número de conductores no puede ser un número entero. Los conductores del devanado del inducido deben estar distribuidos equitativamente entre las ranuras del inducido. El número de ranuras Z se determina a partir de la relación Z = 3D. Se recomienda tomar el número impar más cercano. El número de conductores en la ranura Nz = =N/Z debe ser par para poder enrollar el devanado en dos capas. Esta elección se ilustrará con un ejemplo.

La sección transversal del cable para el devanado del inducido S se puede determinar dividiendo la corriente en el conductor I por la densidad de corriente g: S = I/2g. Para seleccionar la densidad de corriente, puede guiarse por la curva 1 en la Fig. 55.

Esta sección es preliminar. Utilizando un libro de referencia (por ejemplo, “Componentes y materiales de radio”, pág. 8), debe encontrar la sección transversal de un cable estándar que se acerque más a la calculada. En la misma tabla encontraremos el diámetro del alambre d.

Ahora determinemos el tamaño de la ranura. Su sección transversal W, necesaria para alojar los hilos de bobinado,

ancho = fondo² Nz/Kz (mm²) (9)

El coeficiente Kz se denomina coeficiente de llenado de ranura. Muestra con qué fuerza los conductores llenan la ranura. Al calcular, puedes tomar

Kz = 0,6-0,7.

Al realizar un anclaje, la sección transversal de la ranura debe ser incluso mayor que según la fórmula (9), ya que aún debe acomodar una funda aislante 2 con un espesor de 0,2 mm y una cuña 3 de cartón con un espesor de 0,3 mm (figura 56).

El área ocupada por la manga,

Sg = p tg (mm2), (10)

donde p - perímetro de la ranura, mm; tg - espesor de la manga, mm.

área de cuña

Sc = hk bk (mm2), (11)

donde hk - espesor de cuña, mm; bk - ancho de cuña, mm.

Por tanto, la sección transversal total de la ranura es igual a Sp = W + Sg + Sk. Para una ranura redonda, el diámetro se puede determinar por su sección transversal completa dп = 2 Sp/п (mm).

Habiendo determinado el tamaño de la ranura según la Fig. 56, se puede calcular el grosor del diente. Primero, encontremos el diámetro del círculo Dn en el que se ubicarán los centros de las ranuras. Para hacer esto, reste el diámetro de la ranura + 1 mm del diámetro de la armadura.

D_n = re - (re_n + 1).

Distancia entre ranuras adyacentes

t = pD_n/Z (mm),

grosor del diente

b_z = t - re_n (mm). (cuatro)

El grosor del diente en un lugar estrecho debe ser de al menos 2 mm. Si esto no funciona, es necesario cortar ranuras de forma compleja y, como esto es difícil, puede aumentar el diámetro del anclaje para obtener dientes con un espesor de al menos 2 mm. La ranura de la ranura “a” debe ser 1 mm mayor que el diámetro del cable d_de.

Sección transversal de una escobilla de carbón o grafito

S_щ = yo/d_щ(5)

d где_щ - densidad de corriente bajo el cepillo.

Pasemos al cálculo del sistema magnético. Para un motor casero, la forma más sencilla es utilizar un sistema magnético de tipo abierto (Fig. 57, donde 1 - papel impregnado; 2 - brida; 3 - bobina).

En primer lugar, determinamos el entrehierro q entre la armadura y los polos. En las máquinas de CC se utiliza un espacio aumentado, lo que reduce el efecto desmagnetizador del campo magnético del inducido. Entrehierro

q = 0,45 t AS/B (cm). (6)

Calculamos las dimensiones del sistema magnético mediante inducción magnética. Al calcular el sistema magnético de polos y marco, la magnitud del flujo magnético debe aumentarse en un 10%, ya que algunas de las líneas eléctricas están cerradas entre los lados del marco, sin pasar por la armadura. Por lo tanto, el flujo magnético de los polos y el marco.

Fst \u1,1d XNUMXF.

Aceptamos la inducción en el marco Vst = 5000 Gs (0,5 T).

Determinamos la longitud de la cama Lst a partir del boceto de la Fig. 58.

Si la forma del marco corresponde a la Fig. 59 (donde 1 es una bobina; 2 es un poste; 3 es un remache), entonces el flujo del marco Fst debe dividirse por la mitad, ya que se bifurca en dos caminos paralelos.

En la Fig. 58, la línea discontinua muestra la trayectoria del flujo magnético. Consta de los siguientes tramos: dos espacios de aire, dos dientes, un anclaje y un marco. Para saber qué fuerza magnetizante Iw debe tener la bobina de campo, es necesario calcular Iw para cada una de estas secciones y luego sumarlas todas.

Empecemos por el espacio de aire. Fuerza magnetizante del entrehierro.

I_w = 1,6 qkB, (7)

donde q es el entrehierro en el lado del inducido (cm); k - coeficiente que se puede tomar k = 1,1; B - inducción en el entrehierro (G).

Para determinar la fuerza magnetizante (ns) de los dientes de la armadura, es necesario conocer la inducción en el diente. Determinamos el grosor del diente mediante la fórmula (4). El flujo magnético ingresa al diente a través de la porción de la circunferencia de la armadura por diente. Se llama dentición y está determinada por la fórmula.

t₁ = pD/Z. (ocho)

La inducción en el diente será tantas veces mayor que la inducción en el entrehierro cuanto el espesor del diente sea menor que la división del diente. Además, hay que tener en cuenta que parte de la longitud de la armadura está ocupada por capas aislantes entre las láminas, que ascienden al 10%. Por tanto, la inducción en el diente.

B_z = B_t/b_z 0,9. (9)

Según la Tabla 2, esta inducción corresponde a la intensidad de campo Hz.

Tabla 2

Para calcular n.s. por dos alturas de dientes Hz debe multiplicarse por el doble de altura de dientes I_wz = H_z 2h_z. En la tabla, la inducción magnética se muestra en la columna vertical, expresada en miles de gauss, y en la línea horizontal, en cientos de gauss. Si, por ejemplo, la inducción es 10500 G, entonces el valor de intensidad de campo requerido se encuentra en la intersección de la fila 10000 y la columna 500 (en este caso 6,3). La fuerza magnetizante se puede determinar multiplicando el voltaje por la longitud de la línea de campo.

Al calcular la inducción en el núcleo de la armadura, se debe tener en cuenta que el flujo magnético en él se ramifica y, por lo tanto, solo la mitad del flujo cae en una sección. La sección transversal del núcleo de la armadura (según la Fig. 58) es igual a la distancia h_a desde la base de la ranura hasta el eje, multiplicado por la longitud de la armadura h_a = D/2 - h_z - d_b/2. También es necesario tener en cuenta las capas aislantes entre las láminas. Por tanto, la inducción en el núcleo de la armadura.

B_a = F/(2h_a0,9).

Según la tabla anterior, Ha corresponde a esta inducción. Fuerza magnetizante del núcleo de la armadura I_w = HL_a, donde L_a - longitud de la línea eléctrica en el núcleo según Fig. 58:

L_a = n(D - 2h_z - H_a)/2 (cm).

Como se puede observar en la Fig. 58, este motor no tiene polos salientes que estén fusionados con el bastidor. Por tanto, el cálculo de la parte estacionaria del circuito magnético se reduce al cálculo del marco.

El ancho del marco está determinado por la inducción dada B = 5000 Gs.

Por lo tanto

b_cm = F_cm/5000 x largo x 0,9 (cm).

La intensidad de campo Hcm para una inducción de 5000 G se encuentra en la Tabla 2. Al determinar la longitud de la línea eléctrica en el marco, surge una dificultad. Después de todo, la longitud del lado del marco depende del grosor de la bobina y se desconoce. Por lo tanto, tomamos el espesor de la bobina igual a 30 valores de entrehierro. Habiendo determinado la longitud de la línea de fuerza en el marco Lst a partir del boceto, calculamos la fuerza magnetizante (f.s.) para el marco.

Iw_siglos =L_siglos Н_siglos.

Ahora añadimos el n.s. todos los sitios

Iw₀ = Yo_d + yo_z + yo_a + yo_siglos .

Tales n.s. Debería crear una bobina cuando el motor está en ralentí, pero cuando está cargado, aparecerá un efecto desmagnetizador del campo magnético del inducido. Por tanto, necesitamos una reserva, que calculamos mediante la fórmula

Iw_p = 0,15 t AS (vueltas en A). (diez)

El número de vueltas de la bobina se puede calcular a partir del Iw total: w = Iw/I. Para determinar la sección transversal del cable, debe dividir la corriente por la densidad de corriente (la determinamos usando la curva 2 en la Fig. 55. Usando las tablas del libro de referencia "Componentes y materiales de radio", encontramos el estándar más cercano sección transversal y diámetro del cable en aislamiento d_de. Área ocupada por las vueltas de la bobina, F = wd_de2 / k_з (k_з - factor de llenado). Divida el área F por la longitud de la bobina (en el boceto l_к) y obtener su ancho b_к = F/l_к.

Ejemplo de cálculo de motor de CC

Datos nominales del motor: P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 rpm. Usando la curva en la Fig. 52, determinamos la eficiencia del motor del 30%, usando la fórmula (2): la potencia estimada del motor.

Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMX W.

Para encontrar los valores de AS y B usando las curvas de las figuras 53 y 54, calculamos la relación entre la potencia del motor, expresada en milivatios, y la velocidad de rotación 5000/4000 = 1,25. De la Fig. 53 encontramos AS = 50 A/cm. De manera similar, en la Fig. 54 encontramos la inducción en el entrehierro B = 2200 G. Tomemos la relación l/D = 1. Sustituya los valores numéricos de los valores calculados en la fórmula (6) y encuentre el diámetro de la armadura D=(8,9x10⁹/1,1x50x2200x4000)^1/2 = 2,6 cm.

Con k = 1, la longitud del ancla es l = 2,61 = 2,6 cm.

Corriente de armadura según la fórmula (3)

Yo \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMX A.

FEM del devanado del inducido según la fórmula (4)

E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMX V.

División de postes del ancla t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMX cm.

Flujo magnético según la fórmula (7)

F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX.

El número de conductores del devanado del inducido según la fórmula (8) N = = 6,3x60x10⁸/15200x4000 = 620. Número de ranuras de armadura z = 3x2,6 = 7,8. Redondeamos al número impar más cercano z = 7. El número de conductores en la ranura Nz = =620/7= 88. Este número es divisible por 2, por lo que no es necesario redondearlo. La sección transversal del conductor del devanado del inducido en d=10A/mm2 s = 1,4/2x10 = 0,07 mm2.

Según la curva 1 Fig.55 con una sección transversal de 0,07 mm² es necesario tomar una densidad de corriente de 8 A/mm2. Ajustemos la sección del cable 0,07x10/8 = 0,085 mm² y diámetro del alambre 0,33 mm. Teniendo en cuenta el espesor del aislamiento, el diámetro del cable aislado es de 0,37 mm.². La sección transversal de la ranura según la fórmula (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. El diámetro del círculo ocupado por los conductores del devanado d0 = (4x17,2/3,14)1/2 = 4,7 mm. El perímetro de la funda aislante es p = 3,14x4,7 = 14,7 mm. Área de ranura ocupada por el manguito según fórmula (10) Sg = 14,7 0,2 = 2,9 mm². El área de la ranura ocupada por la cuña, según la fórmula (11) Sк = 0,3 3 = 0,9 mm². Sección transversal total de la ranura Sp = 17,2 + 2,9 + 0,9 = 21 mm². Diámetro de la ranura dп = (4x21/3,14)1/2 = 5,2 mm. El diámetro del círculo en el que se ubican los centros de las ranuras es Dп = 26 - (5,2 + 1) = 19,8 mm. La distancia entre ranuras adyacentes es 3,14 19,8/7 = 8,9 mm. El espesor del diente en el punto estrecho es bz = 8,9 - 5,2 = 3,7 mm. Ranura de ranura a = 0,37 + 1 = 1,37 mm. Número de placas colectoras K = 7. Sección del cepillo Ssh = 1,4/6 = 0,23 cm². Puedes llevar un cepillo cuadrado con unas dimensiones laterales de 5 x 5 mm. El entrehierro entre la armadura y el polo según la fórmula (6, RS 10/2000) es igual a 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm.

Para determinar n.s. bobinas, calcularemos el circuito magnético según la Fig. 58. N.s. entrehierro según la fórmula (7, RS 10/2000) Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 vueltas en A.

División del diente según fórmula (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm Inducción en el diente según fórmula (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2/0,37x0,9 , 8000 = 10 Gs. La intensidad de campo del diente según la tabla (RE 2000/10, p. 4,05) Hz = 4,05. N.s. dientes Iwz = 2x0,57x4,6 = 15200 Avitkov. Inducción en el núcleo de la armadura Ba = 2/0,5x2,6x0,9x6500 = 3,2 Gs. Según la misma tabla para esta inducción Ha = 3,2. N.s. para el núcleo de la armadura Iw = 1,5x4,8 = 1,1 A-vueltas. Determinamos n.s. para partes estacionarias del circuito magnético. Flujo magnético del marco Fst = 15200x16700 = XNUMX.

Supongamos una inducción en el marco de 5000 Gs. Entonces el ancho del marco bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm Según la tabla, la inducción de 5000 G corresponde al valor Hst = 2,5. Para determinar la longitud de la línea de fuerza en el marco, tomamos el espesor de la bobina bk = 30d = 30x0,04 = 1,2 cm. De la Fig. 58 determinamos la longitud promedio de la línea de fuerza Lst = 4,5 cm. N.s. marco Iwct = 2,5x4,5 = 11 vueltas en A. Ahora agreguemos n.s. de todas las secciones Iw0 = 155 + 4,6 + 4,8 + 11 = 175 vueltas en A.

Fuerza desmagnetizante según fórmula (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A-vuelta. Entonces n.s. con carga del motor Iw = 175 + 31 = 206 vueltas A. El número de vueltas de la bobina es w = 206/1,4 = 147 vueltas. Consideremos que la densidad de corriente en la bobina es de 5 A/mm.², entonces la sección transversal del cable es s = 1,4/5 = 0,28 mm2. La sección transversal más cercana de un cable estándar es s = 0,273 mm² y diámetro del alambre 0,59 mm. El diámetro del cable aislado es de 0,64 mm. Área ocupada por las espiras de la bobina F = 147x0,642/0,7 = 86 mm². La longitud de la bobina según la Fig. 58 es lк = 12 mm. De ahí el espesor de la bobina bk = 86/12 = 7,2 mm.

Cálculo de motores asíncronos monofásicos

Configuramos la potencia del motor P (W), el voltaje U (V) y la velocidad de rotación n (rpm). Potencia nominal del motor

Valor η cos φ se toma de la curva en la Fig.60.

Diámetro exterior del estator

Da = (14Pa)^1/3 (cm). ( 2 )

Diámetro interior del estator

D = 0,55 Da (cm). ( 3 )

Longitud del estator l = D (cm). División de polos t = 3,14 D/2 (cm). Seleccionamos la inducción magnética en el entrehierro B según la curva de la Fig. 54. El flujo magnético, como se indicó anteriormente, está determinado por la fórmula Ф = a B t l. Para motores monofásicos se puede seleccionar el valor “a” igual a 0,72.

El número de ranuras del estator para motores con devanado de arranque conmutable se elige como múltiplo de 6. Para motores con una potencia de hasta 10 W, se pueden utilizar 12 ranuras del estator. De ellos, 8 estarán ocupados por el devanado de trabajo y 4 por el devanado de arranque. Para motores de mayor potencia, se requieren 18 ranuras en el estator (12 ranuras son el devanado de trabajo, 6 son el devanado de arranque). Número de vueltas del devanado de trabajo.

w_p = U 10^6/2,5 F. ( 4 )

El número de conductores en la ranura del devanado de trabajo.

N_z = 2 semanas_p/z_p, (5)

donde z_p - el número de ranuras ocupadas por el devanado de trabajo. Corriente en el devanado de trabajo.

yo=p_a/U(A). ( 6 )

Sección transversal del conductor del devanado de trabajo S = I/d. Encontramos el diámetro del cable en aislamiento como arriba. Las dimensiones de las ranuras se determinan de manera similar al cálculo de los motores de CC. El devanado de arranque ocupa 1/3 de las ranuras del estator. El número de vueltas del devanado de arranque depende de qué elemento se enciende en serie con el devanado de arranque al arrancar. Si la resistencia activa sirve como elemento, entonces el número de vueltas del devanado de arranque es 3-4 veces menor que el número de vueltas del devanado de trabajo. Pero ocupa 2 veces menos ranuras, por lo tanto, en cada ranura habrá entre 1,5 y 2 veces menos vueltas que en la ranura del devanado de trabajo. Enrollamos el devanado inicial con el mismo cable que el de trabajo. Si utilizamos un condensador como elemento de arranque, entonces el número de vueltas del devanado de arranque es igual al número de vueltas del devanado de trabajo.

Para que el devanado inicial encaje en sus ranuras, se debe considerar que la sección transversal del cable es la mitad de ese tamaño. El diagrama de bobinado y el orden de su colocación en las ranuras se muestran en la Fig. 61.

El número de ranuras del rotor se selecciona en función del número de ranuras del estator. Con 12 ranuras de estator, puedes tomar 9 ranuras de rotor, y con 18 ranuras de estator, puedes tomar 15 ranuras de rotor. Seleccionamos el diámetro de la ranura del rotor de modo que la sección transversal total de las varillas del rotor sea 1,5-2 veces mayor que la sección transversal total de los conductores del devanado del estator de trabajo. Se deben introducir varillas de cobre en las ranuras del rotor y soldarlas a los anillos de cierre en los extremos del rotor. La sección transversal del anillo de cierre debe ser aproximadamente tres veces mayor que la sección transversal de la varilla. El par de arranque del motor depende de la resistencia del devanado del rotor, por lo que para un motor con un par de arranque elevado, las varillas del rotor deben estar hechas de latón o bronce. En los motores asíncronos, el entrehierro entre el estator y el rotor debe mantenerse lo más pequeño posible. En los motores fabricados en fábrica, el espacio suele ser de 0,25 mm. En motores caseros 0,3-0,4 mm.

La capacidad del condensador de arranque para motores de baja potencia suele ser de 3 a 10 µF. Hay que tener en cuenta que en los terminales del condensador se genera una tensión que supera significativamente la tensión de red, por lo que los condensadores deben configurarse a una tensión igual a tres veces la tensión de red. A medida que disminuye el voltaje, la capacitancia del capacitor aumenta según una ley cuadrática, por lo que para un voltaje de funcionamiento de 12 V sería necesario tomar capacitores de gran capacidad (hasta 1000 µF).

Un ejemplo del cálculo de un motor asíncrono monofásico.

Datos nominales: potencia 3 W, voltaje 220 V, velocidad de rotación 3000 rpm, funcionamiento del motor intermitente. Usando la curva de la Fig. 60 encontramos el producto η porque φ = 0,25.

Potencia estimada del motor según la fórmula (1) P_а = 3/0,25 = 12 V.A. Diámetro exterior del estator según fórmula (2)

D_a =(14x12)^1/3 = 5,5 cm.

Para simplificar, tomemos la forma del estator como un cuadrado, descrito alrededor del diámetro exterior (Fig. 62).

El diámetro interno del estator según la fórmula (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm Longitud del estator l = 3 cm División de polos t = 3,14x3/2 = 4,7 cm Inducción magnética en el entrehierro a lo largo de la parte superior La curva (ver Fig. 54) es igual a 2800 Gs, pero con un estator de forma cuadrada debe aumentarse a 4000 Gs. Flujo magnético Ф = 0,72x4000x4,7x3 = 40600. El número de ranuras del estator es 12, de las cuales 8 para el devanado de trabajo y 4 para el devanado de arranque. Número de vueltas del devanado de trabajo según (4)

w_p = 220x10⁶/2,5x40600 = 2170 vueltas.

El número de conductores en la ranura del devanado de trabajo N_z = 2x2170/8 = 542. Intensidad de corriente en el devanado de trabajo según la fórmula (6) I = 12/220 = 0,055 A. Con densidad de corriente d = 5 A/mm² sección transversal del cable s = 0,055/5 = 0,011 mm². Esta sección corresponde a un diámetro de cable PEL en aislamiento de 0,145 mm. Con un factor de llenado de ranura de 0,5 por conductores, el área de ranura ocupada por conductores es s = 0,1452x542/0,5 = 27 mm². El diámetro del círculo ocupado por los conductores del devanado, d₀ = (4x27/3,14)1/2 = 5,9 mm. El perímetro de la funda aislante es p = 3,14x5,9 = 18,3 mm. Área de ranura ocupada por el manguito, S_z = 18,3x0,2 = 3,7 mm². Área de ranura ocupada por la cuña Sc = 0,3x3 = 0,9 mm². Sección transversal total de la ranura S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Diámetro de ranura dn = (4x31,6/3,14)1/2 = 6,3 mm, redondeado a 6,5 ​​mm. Diámetro del círculo en el que se ubican los centros de las ranuras, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm.

La distancia entre ranuras adyacentes es t = 3,14x37,5/12 = 9,6 mm. El espesor del diente en el punto estrecho es bz = 9,6 - 6,5 = 3,1 mm. Ranura ranurada a = 0,145 + 1 = 1,145 mm, redondeada a 1,2 mm.

Se supone que el entrehierro es de 0,3 mm. Diámetro del rotor Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. El número de ranuras del rotor es 9. La sección transversal total de cobre en las ranuras del devanado del estator de trabajo es 0,011x542x8 = 47 mm². La sección transversal total de cobre en las ranuras del rotor es 47x1,5 = 70,5 mm2. Sección transversal de la varilla del rotor 70,5: 9 = 7,8 mm². Diámetro de la varilla del rotor (4x7,8/3,14)^1/2 = 3,1 mm. El diámetro de alambre estándar más cercano es de 3,05 mm. El diámetro de la ranura del rotor con un margen para introducir las varillas es 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. El diámetro del círculo en el que se ubican los centros de las ranuras del rotor es 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. La distancia entre ranuras adyacentes es 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. El espesor del diente del rotor en el punto estrecho es 8,7 - 3,3 = 5,4 mm.

Autor: AD Pryadko

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