Scurt ghid despre motoare AC

Automatizarea joacă un rol din ce în ce mai important în industria globală, deoarece noile procese evoluează în mod constant. Cuprinzând utilizarea sistemelor de control sofisticate și a tehnologiilor informaționale de pionierat, automatizarea devine din ce în ce mai implicată într-o gamă variată de industrii – iar avantajele sunt foarte clare.

Ce sunt motoarele AC?

Un motor AC este un tip uzual de motor electric, acționat de un curent alternativ. La fel ca majoritatea motoarelor practice eficiente utilizate în aplicațiile industriale de zi cu zi (precum și în proiecte de hobby, bunuri de uz casnic și tot felul de alte echipamente profesionale și produse de larg consum), motoarele de curent alternativ oferă o metodă relativ eficientă de producere a energiei mecanice cu ajutorul unui semnal de intrare electric.

Motoarele de curent alternativ se disting de multe alte tipuri de motoare electrice – și de motoarele de curent continuu ceva mai familiare, în special – prin câteva criterii importante. Cel mai important dintre acestea este faptul că un motor de curent alternativ se bazează în special pe alternarea fluxului de curent în jurul circuitului său pentru a produce energie mecanică eficientă.

Motoarele de curent alternativ sunt, de asemenea, distincte de motoarele de curent continuu prin faptul că majoritatea motoarelor de curent alternativ nu includ perii. Acest lucru înseamnă că există o nevoie foarte redusă de întreținere și înlocuire a pieselor la un motor de curent alternativ și, în general, majoritatea utilizatorilor se așteaptă ca acestea să aibă o durată medie de viață mai lungă, ca rezultat. De asemenea, spre deosebire de motoarele de curent continuu, viteza de ieșire pentru multe tipuri de motoare de curent alternativ este, de obicei, dictată de un control al convertizorului de frecvență.

Motoarele de curent alternativ sunt utilizate frecvent într-o plajă largă de produse de larg consum și echipamente industriale foarte familiare, datorită, în principal, durabilității, costurilor reduse de producție, accesibilității generale și ușurinței de operare. Utilizările tipice ale motoarelor AC pot include:

În acest scurt ghid, adresat celor care doresc să aleagă și să cumpere motoare de curent alternativ, vom aborda câteva caracteristici funcționale ale diferitelor tipuri de motoare de curent alternativ. De asemenea, vom analiza potențialele avantaje și dezavantaje ale fiecărui tip pe care îl veți găsi în general la vânzare de la o gamă largă de furnizori și producători de componente de pe piață.

Cum lucrează motoarele AC?

După cum s-a menționat mai sus, caracteristica esențială care evidențiază într-adevăr motoarele de curent alternativ față de multe alte tipuri de motoare – în special motoarele de curent continuu – este faptul că funcționează în mod specific pe curent alternativ. Există și alte diferențe, dar aceasta este cheia pentru a obține o înțelegere de bază a modului exact în care funcționează motoarele AC.

Curentul alternativ este în general abreviat AC, de unde și denumirea de motor AC. Acest motor este unul în care direcția de curgere a curentului este inversată la intervale regulate. (Această trăsătură de comutare a direcției curentului înseamnă, de asemenea, că tensiunea pe un circuit de curent alternativ se schimbă periodic).

Curentul alternativ și, prin extensie, motoarele de curent alternativ se bazează pe un dispozitiv numit alternator pentru a produce această direcție de încărcare alternativă. Un alternator este un tip specializat de generator electric, în care un câmp electromagnetic (EMF) este, de obicei, creat atunci când electricitatea este trecută printr-un arbore care se învârte (rotorul), care el însuși se rotește în jurul său cu un set de bobine statice de sârmă (statorul). EMF rezultat schimbă direcția sau polaritatea, pe măsură ce rotorul se rotește în raport cu statorul.

Deoarece un EMF creat de un rotor încărcat care se rotește pe o axă fixă, va schimba polaritatea la punctele de referință în raport cu statorul, inversarea periodică a direcției curentului într-un motor de curent alternativ are loc la intervale regulate și previzibile. În practică, alternatorul și curentul de pe circuitul de curent alternativ se comportă prin comparație ca un piston sau o paletă care mișcă apa în jurul unui sistem de conducte – pe măsură ce pistonul se mișcă înăuntru și în afara cu o viteză constantă, la rândul său împinge, apoi trage apa înainte și înapoi prin conductă.

După cum s-a menționat anterior, o altă diferență importantă între motoarele de curent alternativ și de curent continuu este că motoarele de curent alternativ nu au nicio perie. Într-un motor de curent continuu tipic, periile sunt cele care conduc electricitatea direct de la rețeaua de alimentare la armătură (componenta producătoare de energie), motiv pentru care un motor de curent continuu este uneori cunoscut ca un motor de conducție.

În schimb, anumite motoare de curent alternativ fără perii sunt, adesea, date ca exemple de motor cu inducție, deoarece procesul de generare a unei sarcini alternative de la un EMF prin intermediul unui rotor și al unui stator este cunoscut sub numele de inducție (electro)magnetică.

Diferite tipuri de motoare AC

Există numeroase tipuri diferite de motoare de curent alternativ disponibile pe piața actuală, fiecare dintre ele având caracteristici de funcționare și performanțe de ieșire ușor diferite. Printre specificațiile importante de care va trebui să țineți cont atunci când planificați o achiziție se numără factori precum:

• tip motor (exemple mai jos)
• frecvență nominală
• cuplu și viteză maximă de ieșire
• număr faze și secvență – acest lucru descrie metode de distribuire a AC în circuit și va afecta randamentul și distribuția de putere pentru un motor AC la o anumită solicitare
• tensiune de alimentare
• clasă de eficiență
• sens rotație
• lungime și diametru arbore
• număr de poli
• marcă

Indiferent de numeroasele specificații menționate și de detaliile în care ghidurile producătorului ar putea intra, diferențierea cheie care trebuie făcută între cele mai multe tipuri de motoare de curent alternativ este cea legată de modul în care sunt construite rotoarele lor, deoarece aceasta le va dicta adesea gama de capabilități practice.

În cazul tuturor acestor componente electrice, cea mai bună alegere pentru orice sarcină dată va depinde de specificul aplicației și de tipul de rol pe care trebuie să-l îndeplinească motorul AC. În secțiunile de mai jos, sunt evidențiate câteva dintre cele mai comune categorii și subtipuri pe care probabil le veți întâlni atunci când cumpărați, online, motoare de curent alternativ.

Motoare cu inducție

După cum s-a subliniat mai sus, un motor cu inducție (sau un transformator rotativ, așa cum sunt numite mai puțin frecvent) este un tip specific de motor de curent alternativ, care se bazează pe un rotor care se învârte, încărcat electric pentru a crea un EMF în jurul unui stator și, astfel, produce curent alternativ pe care motorul AC îl poate transforma apoi în energie mecanică.

Motoarele de curent cu inducție sunt cunoscute și ca motoare asincrone, deoarece rotorul de ieșire se rotește în general cu o viteză mai mică comparativ cu frecvența care îi este furnizată la un moment dat. Cu alte cuvinte, motorul se rotește „desincronizat” cu puterea furnizată.

Acest lucru este necesar din cauza unei alte caracteristici cheie a unui motor cu inducție și anume că o sarcină creată prin inducție electromagnetică este singura sursă de „excitație” electrică pe care o primește armătura. Dacă rotorul s-ar învârti exact cu aceeași viteză ca și câmpul magnetic rotativ de pe stator, nu ar fi indus niciun curent, iar armătura ar necesita o altă sursă de excitație pentru a genera energie. Acesta este ceea ce se întâmplă într-un motor de curent continuu, unde curentul este condus direct la armătură, sau într-un motor de curent alternativ sincron (vezi mai jos).

EXEMPLU

Motor AC reversibil, cu inducție, Panasonic M9M, 90 W, 3 faze, 4 poli, 230 V

Nr. stoc RS: 424-083 – Cod producător: M9MZ90GK4YGA – Marcă: Panasonic

Caracteristici de produs:

• 90W
• 90mm × 90mm
• Simplu de utilizat cu reductoarele Panasonic Seria 3 90W, într-o mare varietate de aplicații industriale
• Aplicații tipice: sisteme de transport, mașini, dispozitive de deschidere a ușilor
• Dimensiuni de montare identice cu Seria G, înlocuind și oferind următoarele avantaje față de aceasta: reductor cu lubrifiere, durată de viață de 10000 de ore, operare silențioasă, izolație motor clasă B.
• Motorul dispune de un număr de schimbări de proiectare cum ar fi: reductoare cu trepte de reducere mai mici, diferiți arbori pentru motor.
• Aprobări: UL, CE și CCC.

Motoare sincrone

Un motor de curent alternativ sincron este un tip special în care viteza rotorului de ieșire este direct aliniată – „în sincronizare”, așa cum ar fi – cu frecvența curentului alternativ care îi este furnizat. În timp ce acest lucru ar tinde să nu inducă curent într-o construcție standard cu inducție AC sau motor asincron, motorul sincron AC are, de obicei, montate componente suplimentare, cunoscute sub numele de inele colectoare, care permit transmiterea curentului între părțile rotative și fixe ale motorului.

Inelele colectoare sunt dispozitive electromecanice care permit transmiterea semnalelor electrice prin sisteme electromecanice construite din componente care trebuie să se rotească în timp ce generează energie. În cazul unui motor de curent alternativ sincron, inelele colectoare sunt cele care generează câmpul magnetic necesar în jurul rotorului și, astfel, îi permit să se rotească cu aceeași viteză cu curentul alternativ furnizat fără a întrerupe fluxul de curent.

Pe scurt, motoarele sincrone de curent alternativ sunt numite așa deoarece viteza rotorului este direct proporțională cu câmpul magnetic rotativ al statorului. Acestea tind să fie opțiunea preferată acolo unde un grad mai mare de precizie este un factor important în aplicație, cum ar fi ceasurile și alte dispozitive de cronometrare.

EXEMPLU

Motor AC sincron, reversibil, McLennan 9904, 1.8 W, 1 fază, 24 poli, 110 V, montare cu flanșă

Nr. stoc RS: 441-0423 – Cod producător: 9904 111 31813 – Marcă: McLennan Servo Supplies

Caracteristici de produs:

• Motor sincron pentru discuri de înregistrare
• Motor special pentru acționarea prin curea a discurilor de înregistrare
• Viteză redusă – 250 rpm @ 50Hz
• Rotor special pentru vibrație redusă și zgomot redus
• Potrivit pentru operare la 110Vac, iar pentru 220Vac necesită o rezistență de 6,8KΩ

Aceste motoare asincrone de curent alternativ sunt utilizate pentru comanda directă de la o sursă de tensiune AC. Ideale pentru comenzi temporizate în instrumentație, mașini și controlul proceselor. Unitățile mai mici pot fi conectate direct la cutiile de viteze sincrone (Nr. stoc tipic 332-868 etc).

Specificații

Motor colivie de veveriță

Motoarele colivie de veveriță sunt un subtip de motor cu inducție AC asincron, care utilizează rotoare colivie – un design simplu și robust, cu un cilindru fabricat din bare metalice solide folosite pentru a conduce curentul prin rotor – în loc de o serie de bobine înfășurate.

Deoarece barele conductoare ale rotorului nu implică contacte în mișcare în cadrul mecanismului rotorului însuși (sunt permanent scurtcircuitate prin încorporarea în inele de capăt), motoarele cu cuști de veveriță sunt văzute ca opțiunea mai durabilă, cu mai puțină întreținere și sunt considerabil mai ieftine, față de motoarele cu rotoare bobinate sau cu inele colectoare.

Dezavantajul acestui tip de motor este faptul că o construcție cu scurtcircuit permanent precum cea a unei colivii de veveriță, înseamnă că nicio rezistență externă nu poate fi conectată în serie la circuit. Cu alte cuvinte, nu se poate controla curentul indus în înfășurarea rotorului dincolo de starea sa fixă. În termeni practici, acest lucru înseamnă, în general, că necesită un curent mare de pornire și generează inițial un cuplu destul de scăzut până la turația maximă.

Totuși, aceste neajunsuri percepute pot fi atenuate într-o anumită măsură folosind componente suplimentare, cum ar fi unități de viteză variabilă (VSD) și demaroare cu tensiune redusă. Motoarele cu inducție cu colivie de veveriță sunt adesea folosite în aplicații în care un cuplu de pornire scăzut și lipsa controlului vitezei nu prezintă o problemă majoră, de exemplu în pompe și compresoare de aer.

EXEMPLU

Motor AC colivie de veveriță, reversibil, Siemens SIMOTICS GP, 2.2 kW, 2.5 kW, IE3, 3 faze, 2 poli, 230 V, 400 V, 460 V

Nr. stoc RS: 225-8862 – Cod producător: 1LE1003-0EA42-2FB4 – Marcă: Siemens

Caracteristici tehnice

Motoare cu pol divizat

Motoarele de curent alternativ cu pol divizat sunt un subtip de motor monofazat cu colivie de veveriță, definit prin utilizarea unei înfășurări de rotor auxiliar compusă fie dintr-un inel de cupru, fie dintr-o bară – aceasta este cunoscută sub numele de bobină de divizare.

Spre deosebire de motoarele standard cu colivie de veveriță, acestea sunt potrivite pentru a funcționa la mai multe viteze, deși produc doar un cuplu de pornire relativ mic în comparație cu cuplul lor la turație maximă. Motoarele cu pol divizat sunt, de obicei, economice de fabricat și ieftine de cumpărat, fiind în același timp impresionant de fiabile datorită construcției lor simple și robuste.

Din toate aceste motive, motoarele cu pol divizat reprezintă, adesea, una dintre alegerile principale pentru motoarele de curent alternativ pentru alimentarea matricelor de ventilatoare, precum și o serie de alte dispozitive cu sarcini care pot fi pornite ușor, cum ar fi:

• Dispozitive de înregistrare
• Jucării
• Ceasuri electrice
• Uscătoare de păr
• Alte instrumente mici

EXEMPLU

Motor AC cu pol divizat, Mellor Electrics AC1000, sensul orar, 19 W, 1 fază, 2 poli, 220 → 260 V

Nr. stoc RS: 248-7112 – Cod producător: AC1002 – Marcă: Mellor Electrics

Caracteristici de produs

Motor AC cu pol divizat 240 Vac 50/60 Hz cu caracteristici de pornire ideale pentru sarcini mici precum cele necesare pentru mișcarea aerului și lichidelor.
Arborele este din oțel, cu un diametru de Ø6 mm și o extensie de 25mm, filetat pentru primii 5 mm cu M4.

Cele două înfășurări sunt impregnate cu lac, conform clasei de izolație F, cu protecție la impedanță. Motorul este de tip fără inversarea rotației, cu auto-pornire și fără interferențe r.f. și t.v. Lagărele sunt din bronz sinterizat.
Sunt oferite două versiuni: cu sens orar și cu sens trigonometric văzut dinspre arbore. Motorul dispune de conductoare de 300, inclusiv împământare. Ambele versiuni sunt conforme UL 94-V0 și sunt cu autostingere în 10-15 secunde.

Specificații

În calitate de distribuitor de top, RS Components este alături de voi pentru a vă ajuta să depășiți orice provocări legate de automatizare industrială cu care se confruntă afacerea voastră în prezent. Gama noastră impresionantă de produse include tot ce aveți nevoie pentru o soluție completă de automatizare industrială ‚end-to-end’, acoperind multe aplicații pentru o multitudine de sectoare diferite. Explorați gamele noastre de produse asociate sau aruncați o privire la ghidurile noastre detaliate, articole și multe altele pentru a porni în călătoria către automatizarea industrială.

Autor:
Bogdan Grămescu
Aurocon Compec
https://www.compec.ro