4. Funcţionarea motoarelor electrice

Acasă » Curent alternativ » 10 - Circuite polifazate

Motorul de curent alternativ monofazat

Probabil că cel mai mare avantaj al sistemelor de curent alternativ polifazate constă în proiectarea şi operarea motoarelor de curent alternativ. După cum se ştie, unele tipuri de motoare sunt practic identice din punct de vedere constructiv cu generatoarele electrice, constând dintr-un set de înfăşurări staţionare şi un set de magneţi (electromagneţi) rotitori. Să considerăm prima dată un motor de curent alternativ monofazat. Dacă magnetul rotitor va putea să ţină pasul cu frecvenţa curentului alternativ prin înfăşurări, acesta va fi „tras” într-o mişcare permanentă în sensul acelor de ceasornic.

Totuşi, aceasta nu este singura direcţie posibilă. Ar putea la fel de bine să se rotească în sensul invers acelor de ceasornic (trigonometric), folosind exact aceeaşi formă de undă (vezi figura alăturată)

Folosind aceeaşi formă de undă, rotorul magnetic se poate învârti în oricare dintre direcţii. Aceasta este o caracteristică comună a tuturor motoarelor monofazate de „inducţie” şi „sincrone”: nu posedă o direcţie normală, sau „corectă” de rotaţie. O întrebare este binevenită în acest moment: cum putem porni motorul în direcţia dorită, dacă acesta se poate roti la fel de bine în orice direcţie? Adevărul este că aceste motoare au nevoie de puţin ajutor la pornire. Odată ajutate să pornească într-o anumită direcţie, vor continua să se rotească în aceeaşi direcţie, atâta timp când este menţinută puterea electrică pe înfăşurări.

Pornirea motorului de curent alternativ monofazat

În mod normal, acest ajutor vine din partea unor seturi adiţionale de înfăşurări poziţionate diferit faţă de seturile de înfăşurări principale, şi alimentate cu un curent alternativ defazat faţă de curentul principal.

Aceste înfăşurări suplimentare sunt de obicei conectate în serie cu un condensator pentru introducerea unui defazaj între curenţii celor două seturi de înfăşurări.

Acest defazaj crează un câmp magnetic al înfăşurărilor 2a şi 2b ce este defazat la rândul lui cu câmpul magnetic al înfăşurărilor 1a şi 1b. Rezultatul este un set de câmpuri magnetice cu o direcţie de rotaţie precisă. Această secvenţă de rotaţie „trage” la rândul său magnetul într-o direcţie precisă.

Pornirea motorului de curent alternativ polifazat

Motoarele de curent alternativ polifazate nu necesită astfel de mecanisme pentru pornirea lor într-o anumită direcţie. Datorită faptului că formele de undă ale tensiunilor au deja o direcţie bine stabilită (secvenţa fazelor), şi câmpurile magnetice generate de înfăşurări vor avea o direcţie precisă. De fapt, combinaţia tuturor seturilor de înfăşurări, lucrând împreună, crează un câmp magnetic ce poartă numele de câmp magnetic rotitor. Acest concept l-a inspirat şi pe Nikola Tesla să dezvolta primele sisteme electrice polifazate existente, pentru a realiza motoare mai simple şi mai eficiente. Avantajele sistemelor polifazate faţă de cele monofazate nu au fost descoperite decât mai târziu.

Analogie pentru funcţionarea motoarelor electrice

Dacă acest concept prezentat mai sus vă este încă confuz, putem folosi o analogie pentru explicarea lui mai pe înţeles. Să considerăm un set de beculeţe alimentate intermitent (ce „clipesc”), precum cele folosite la decoraţiile de crăciun. Unele seturi par să se „deplaseze” într-o anumită direcţie pe măsură ce becurile se aprind şi se sting într-o secvenţă bine stabilită. Altele doar se sting şi se aprind fără nicio mişcare aparentă. Cum se realizează această diferenţă între diferitele seturi de becuri? Cu ajutorul diferenţelor de fază!

Când toate becurile „1” sunt aprinse, toate becurile „2” sunt stinse, şi invers. Cu acest tip de secvenţă, nu există nicio „mişcare” vizibilă a luminii becurilor. Putem la fel de bine să urmărim o deplasare de la stânga la dreapta, la fel de bine cum putem considera aceeaşi mişcare ca realizându-se de la dreapta la stânga. Tehnic, secvenţelor de aprindere-stingere ale celor două becuri sunt defazate cu 180^o între ele (exact opus). Acest lucru este analog motorului de curent alternativ monofazat, ce poate funcţiona la fel de bine în ambele direcţii, dar care nu poate porni singur datorită faptul că variaţia câmpului său magnetic nu are o direcţie precisă.

Să considerăm prin urmare un nou set de becuri, de această dată folosind trei becuri pentru secvenţă în loc de două, fiind şi acestea defazate între ele.

Dacă secvenţa fazelor este 1-2-3, becurile par a se „deplasa” de la stânga la dreapta. Ne putem acum imagina acelaşi set de becuri, dar aranjate într-un cerc.

De data aceasta, becurile par a se deplasa în cerc, în direcţia acelor de ceasornic, deoarece sunt aranjate circular şi nu liniar, precum era cazul precedent. Desigur, aparenţa mişcării becurilor se inversează dacă inversăm secvenţa de rotaţie a lor.

Motorul de curent alternativ trifazat

Mişcarea becurilor va fi fie în sensul acelor de ceasornic, fie în sens trigonometric, în funcţie de secvenţa fazelor. Această situaţie este analoagă unui motor de curent alternativ trifazat cu trei seturi de înfăşurări alimentate cu trei surse de tensiune de faze diferite.