ACTIONARI ELECTROMECANICE

L9

Pornirea motorului asincron cu inele cu ajutorul controlerului

1. Introducere:Pornirea motorului asincron cu inele, de regul, se face n trepte de rezisten. Scurtcircuitarea treptelor de rezisten se poate realiza n dou moduri:

Automat, cu ajutorul unor contactoare de accelerare comandate n funcie de turaie, curent sau timp;

Manual, cu ajutorul unor separatoare sau folosind un dispozitiv(aparataj) special numit controler.Constructiv, un controler este format din mai multe contacte dispuse, de regul, pe vertical ( pe o tij care asigur izolarea contactelor unul fa de altul i fa de mas) i tot attea contacte mobile dispuse fa n fa cu contactele fixe, deci tot pe vertical ( pe o tij, care de asemenea, asigur izolarea lor unul fa de altul i fa de mas). Tija contactelor mobile se poate roti cu ajutorul unui mner de fapt poate realiza nite salturi unghiulare, respectiv micarea sa de rotaie este sacadat (sacadarea este realizat cu ajutorul unui sistem mecanic). Micarea de rotaie este sacadat astfel nct controlerul s nu rmn la un moment dat ntre dou poziii consecutive ci anume pe o anumit poziie. Astfel contactul electric dintre un contact fix i unul mobil va fi perfect asigurat (s nu produc scntei, deteriorarea suprafeei de contact prin arc electric etc.).

Contactul fix al controlerului este, de regul, de tip deget i este absolut rigid ( este fix ca o poziie dat pe vertical, realiznd o uoar articulare) cu ajutorul unui arc ce realizeaz o presiune corespunztoare de contact n planul n care este montat. Degetul mobil al contactului fix se execut , de regul, din cupru i este interanjabil; vederea lui lateral este dat n figura 1.

Figura 1

Contactul mobil al controlerului este montat pe axul rotitor al dispozitivului i deci trebuie s realizeze o micare de rotaie (n planul corespunztor contactului fix cu care se conecteaz) vezi, de asemenea figura 1- iar pentru asta se execut sub forma unor came regulate ( sector circular), astfel nct prin rotirea axului controlerului cu un anumit unghi (corespunztor unor poziii consecutive ale controlerului) contactul mobil tip cam s realizeze contactarea contactului fix corespunztor.

Este evident c diversele contacte mobile de tip cam, dispuse pe verticala axului rotitor al controlerului, se vor situa n plane paralele dar este posibil ca sectoarele lor circulare s fie decalate (cu anumite unghiuri) cu spaii, n funcie de comenzile pe care trebuie s le realizeze controlerul n timpul manevrrii sale adic n timpul rotirii axului su rotitor.

Cama contactului mobil al controlerului se execut, de regul, din font, iar contactul electric propriu zis dintr o potcoav de cupru (figura 1) fixat de cam prin uruburi (cu cap ngropat!).

Aa cum sa menionat deja anterior, poziionarea unei came a unui contact mobil (care are un anumit unghi de sector circular) pe axul rotitor al controlerului se realizeaz astfel nct pentru o anumit deplasare unghiular a axului, contactarea dintre contactul tip deget fa de cel tip cam (mobil) s se menin.

Astfel, n funcie de numrul total al perechilor de contacte ( fixe i mobile) ale controlerului i n funcie de anumite poziii ,,fixe ale braului mnerului de manevr al dispozitivului ( impuse de dispozitivul de sacadare) se realizeaz un anumit program de contacte nchise, respectiv deschise al controlerului.

Manevra controlerului se realizeaz, de regul, manual i gabaritul pe vertical al acestuia , depinde de numrul perechilor de contacte existente la dispozitiv. Pe de alt parte, dimensionarea propriu zis a contactelor efective (suprafaa de contact, presiune de contact, etc) se face n funcie de valoarea curentului de sarcin ce urmeaz s treac peste contacte. De asemenea, distana dintre contacte i dintre anumite pri aductoare de curent i mas se consider n funcie de tensiunea cu care se lucreaz ( i chiar innd seama de posibilitile de extindere a arcului electric la ruperea sau stabilirea contactelor electrice ntre contactele vecine ale controlerului). De aceea uneori ntre perechile de contacte ( sau ales acelea care rup curenii de sarcin mari) se fixau paraflame ( perei despritori realizai din material neconductor i ignifug de exemplu azbociment), care blocheaz extinderea unui arc electric la elemente conductoare vecine. Tot n aceeai idee, uneori ntregul ansamblu al contactelor controlerului se introduce ntro cuv n care se gsete ulei de transformator (rol de dielectric, stingere a arcului electric i agent de rcire) grupa 2004 sau 2005.

Dar toate aceste elemente mresc gabaritul controlerului i ngreuneaz mult manevrarea sa manual. Acesta este unul dintre principalele motive pentru care controlerul nu poate fi folosit dect n cadrul unor sisteme de acionare electric de o anumit putere.2. Diagrama de funcionare a controlerului

Pentru a putea realiza n mod curent legturile la un controler, dar i pentru al putea include n mod corespunztor ntro schem mai ampl a unei acionri electrice, este necesar s se realizeze ( s se traseze) diagrama de funcionare a controlerului. Cu ajutorul acesteia se poate descifra felul cum lucreaz propriuzis controlerul, ce semnificaie poate fi atribuit unor perechi de borne ale acestuia, cum trebuie efectuate legturile electrice la bornele sale i cum poate fi el inclus ntro schem mai mare a unei acionri electrice.

n ideea celor anterioare mai trebuie precizate unele elemente noi privind funcionarea controlerului.

a) Un controler care de regul se include ntro schem de acionare mai ampl trebuie s posede o poziie de zero mai exact un blocaj de zero. Acest blocaj de zero este format dintro pereche de contacte care apar ca fiind nchise numai pe poziia de zero a mnerului de manevr a controlerului (pe toate celelalte poziii acest contact apare deschis!) . n acest fel, (CNI)ul respectiv nseriat cu restul schemei ce comand n mod corespunztor) permite producerea de comenzi de pornire a acionrii. n orice alt poziie a mnerului controlerului (uitat eventual dintr-o manevr anterioar), rezult c o parte din treptele de rezisten de pornire (sau chiar toate) sunt deja scurtcircuitate prin contactele controlerului, i deci ar urma ca pornirea acionrii sa se realizeze incorect, ceea ce nu poate fi admis.

Astfel, deci, prin blocajul de zero acionarea electric nu va putea fi pornit doar cu o parte din rezistenele de pornire (sau chiar direct), asta nseamn c, realiznd comanda de pornit a schemei cu controlerul n poziia de zero trebuie s existe un contact de autoalimentare a schemei de comand, care s unteze (dup comanda de pornit a schemei!) contactul blocajului de zero al controlerului, asfel nct , dup aceea (adic dup comanda de pornit a schemei) s existe posibilitatea de plecare a controlerului de pe poziia de zero, n vederea scurtcircuitrii treptelor de rezisten.

b) Un controler n afar de funcia de scurtcircuitarea treptelor de rezisten la pornirea acionrii cu motor asincron cu rotor bobinat, poate prelua i funcia de inversarea sensului la motor avnd n vedere c rotirea mnerului controlerului (dispus de regul ntr un plan orizontal se poate realiza n dou sensuri , de exemplu, n sensul de rotire dreapta, se face cu sensul dreapta, iar la sensul de rotire stnga se face cu sensul stnga). Dar inversarea sensului de rotire la un motor asincron se realizeaz prin inversarea a dou faze de alimentare la bornele statorice ale motorului i deci dou dintre fazele de alimentare pentru statorul motorului trebuie trecute prin nite perechi de contacte ale controlerului (a treia faz va merge direct la alimentarea statorului) i apoi dirijate la cutia de borne statoric a motorului, astfel nct prin manevrarea controlerului stnga dreapta s se produc inversarea fazelor la bornele statorice ale motorului asincron.Este evident ca, n cazul controlerului stngadreapta la bornele controlerului ajung unele legturi din circuitul rotoric al motorului asincron, respectiv cele pentru scurtcircuitarea treptelor de rezisten i unele legturi pentru circuitul statoric al motorului asincron ( pentru stabilirea sensului de rotire al motorului) iar contactele blocajului de zero au legturi doar cu schema de comand a acionrii. Un controler de un singur sens de rotire al motorului asincron, nu va avea legatur dact cu circuitul rotoric al masinii asincrone, respectiv cu schema de comand a acionrii.

n vederea celor anterioare, un controler de dublu sens trebuie s posede o poziie a mnerului su de manevr n care se stabilete sensul de rotire al motorului asincron adic se realizeaz pornirea motorului asincron pe un anumit sens de rotire i cu toate rezistenele exterioare nseriate n circuitul rotoric al motorului, celelalte poziii ale mnerului controlerului (pe sensul stnga sau dreapta realizeaz scurtcircuitarea treptelor de rezisten cu observaia important!) indiferent de de sensul de pornire al motorului asincron, programul de scurtcircuitare al treptelor de rezisten realizat de controler trebuie s fie acelai deci diagrama de funcionare a controlerului pentru funcia de scurtcircuitarea treptelor de rezisten trebuie s apar simetric n raport cu poziia de zero a controlerului.

Se nelege c, pentru un controler de un singur sens, prima poziie a mnerului de manevr dup poziia de zero poate realiza deja scurtcircuitarea primei trepte de rezisten pentru c nu se pune problema alegeri unui sens de rotire pentru motor.

c) Un controler ( de un singur, sau dublu sens) poate realiza scurtcircuitarea treptelor de rezisten n dou moduri:

ntr un mod simetric, adic scurtcircuitnd cte o treapt rezistent pe

toate cele trei faze rotorice n mod simultan (admind c valorile rezistentelor pe cele 3 faze rotorice la treapta de indice k sunt aceleai);

ntr-un mod asimetric, adic dei valorile rezistenelor exterioare la treapta de indice k, pe toate cele 3 faze rotorice sunt indentice, dar controlerul prinsistemul sau de contacte si programul sau de lucru - executa scurtcircuitarea treptei doar pe o faz (sau dou) rotoric. Aceste doua moduri sunt ilustrate in figura 2.

Figura 2

Din analiza figurii 2.a rezult c pentru scurtcircuitarea simetric a doua trepte de rezisten sunt necesare n total 6 perechi de contacte (cte unul fix i unul mobil) cu grupuri de cte 3 perechi (contactele mobile sunt scurtcircuitate ntre ele n acest fel se realizeaz conexiunea stea la treapta dat de rezisten), iar grupurile de contacte sunt (pot fi) dependente ntre ele. Din fig. 2.b rezult c scurtcircuitarea a 2 trepte de rezistene nu sunt necesare dect 4 perechi de contacte (de grupuri a cte 2) dar ele nu mai sunt independente ci au puni electrice ntre ele.

Numrul de perechi de contacte mai redus pentru unul sau acelai numr de trepte de rezisten scurtcircuitate reduce simitor gabaritul pe vertical al contrelerului (posturi mai mici, mai uor de manevrat), etc. Este adevrat c varianta nesimetric a controlerului implic un sistem nesimetric de curent n circuitul rotoric al motorului (cu tot ce rezult din aceast stare a motorului!), dar dac nesimetriile se nscriu n limitele prescrise, atunci efectele acestora sunt limitate si se accept ca atare n activitatea inginereasc.

Cu toate precizrile anterioare se poate vorbi acum despre o diagram de funcionare a controlerului.

Aceast diagram reprezint un caroiaj simbolic n care sunt evideniate toate perechile de contacte ale controlerului si toate poziiile de manevr ale dispozitivului.De regul n orizontalele caroiajului se iau n considerare numerele corespunztoare ale perechilor de contacte ale controlerului,iar n verticalele caroiajului se evideniaz poziiile mnerului de manevr a dispozitivului. n figura 3 este dat un exemplu de diagram de funcionare pentru un controler asimetric stnga dreapta.

Figura 3

Din acest exemplu rezult c ntr-o astfel de diagram, simbolul x reprezint starea de nchis pentru perechea de contacte respectiv si poziia dat a manerului controlerului. De asemenea, tot din acest exemplu de diagram se disting 3 zone specifice de funcionare:

zona blocajului de zero (perechile de contacte 1 i 2 se scurtcircuiteaz ntre ele numai n poziia de 0 a controlerului);

zona scurtcircuitri treptelor de rezisten, diagrama dat precede numai 2 trepte de rezisten, dar pentru c n final deci pe poziia a 3 a controlerului trebuie scurtcircuitate toate rezistenele exterioare (de pe toate fazele rotorice!), pe ultima poziie a controlerului n aceast zon a diagramei trebuie s apar obligatoriu 3 perechi de contacte (n cazul dat 5,6,7) scurtcircuitate ntre ele;

zona inversri sensului de rotire; astfel la borna 9 se leag faza R a reelei de

alimentare, iar la borna 12 faza T de alimentare (faza S va merge direct la borna corespunztoare a nfurri statorice s spunem la borna statoric B), iar la borna 8 se va lega faza statoric A, respectiv la borna 11 se va lega faza C a statorului motorului, atunci rotind mnerul controlerului pe poziia I stnga vom avea urmtoarea coresponden ntre fazele de alimentare i cele ale nfsurarii statorice.

RA prin scurtcircuitarea perechilor de borne 8-9 pe poziiile I-III stnga;

SB prin legtur direct la cutia statoric de borne;

TC prin scurtcircuitarea perechilor de borne 11-12 pe poziiile I-III stnga.

Pentru a realiza sensul invers de rotire al motorului la manevra dreapt a controlerului, trebuie realizate nite puni (legturi electrice) la bornele controlerului (n zona inversrii!). Astfel, dac se leag bornele 8 cu 13 i 10 cu 11, atunci la rotirea dreapta a mnerului controlerului se realezeaz urmtoarea coresponden ntre fazele reelei de alimentare i fazele nfurrii statorice ale motorului:

RC prin scurtcircuitarea perechilor de borne 9-10 (ntre bornele 10-11 fiind o legtur executat la controler) pe toate poziiile I-III dreapta;

SB prin legtura direct la cutia de borne statoric;

TA prin scurtcircuitarea bornelor 12-13 (ntre bornele 8-13 fiind realizat, deasemenea, o legtur la controler), ceea ce reprezint inversarea fazelor reelei de alimentare R i T la bornele nfurrii statorice C,respectiv A.Cu precizrile anterioare privind diagrama de funcionare a unui controler se poate stabili o metodologie pentru realizarea sa:

se traseaz un numr de coloane verticale egal cu 2x(numrul poziiilor stnga sau dreapta)+1(pentru poziia de 0) pentru un controler dreapta-stnga, respectiv egal cu: (numarul poziiilor mnerului)+1 pentru controlerul de un singur sens (la controlerul de dreapta-stnga va fi ntotdeauna impar);

se stabilete coloana de 0 ca axa de simetrie n cazul controlerului dreapta-stnga respectiv ca o coloana initiala de un controler de un singur sens;

se numeroteaz celelalte coloane verticale cu numrul poziiilor mnerului de comand precizndu-se eventual sensul (stnga-dreapta);

se traseaz un numr de coloane orizontale (care s intersecteze toate coloanele verticale) egal cu numrul contactelor controlerului i se face o numerotare a acestuia;

pornind din poziia de zero a mnerului de manevr i pargurgnd toate poziiile posibile (impuse de sistemul mecanic de sacadare) se precizeaz prin simbolul x strile de nchis ale diverselor contacte pe toate poziiile mnerului de manevr;

prin studiul atent al diagramei de funcionare se departajeaz zonele specifice ale diagramei stabilndu-se legturile ce urmeaz s fie realizate;

la nevoie se ncadreaz asamblul legaturilor ce urmeaz s fie efectuate la controler n cadrul schemei generale de comand, protecie, semnalizare, msur, a acionrii electrice (realizndu-se eventual o combinaie ntre o schem desfurat i de legturi).

3. Efectuarea practic a lucrariiLa dispoziia studentilor se pune urmtorul material didactic; un motor asincron cu inele; o rezisten exterioar trifazat n trepte pentru motorul asincron;

un controler stnga-dreapta pentru care se va stabili diagrama de funcionare n timpul executrii lucrrii; are blocaj de zero i cte 5 poziii pentru fiecare sens de rotire cu scurtcircuitare nesimetric a rezistenelor;

un panou cu aparataje a crui schi de faad este prezentat n figura 4; simbolurile aparatajelor sunt cele standard, dar ele sunt numerotate i prezentate n cele ce urmeaz:

1. borne de legtur pentru reeaua de alimentare;

2. separator tripolar 25A-500V;

3. sigurane de protecie;

4. contactor tripolar 16A-380V;

5. bloc de relee termice;

6. buton de comand pornit;

7. buton de comand stop

Pe baza aparatajelor ce vor fi puse la dispoziie, fiecare student va avea o schem de lucru pregtit (se admite lucrul n echip) cu toate justificrile necesare folosirii sale. Conform cu schema propus se vor executa toate legturile electrice i se va pune n funciune motorul, executnd cu ajutorul controlerului pornirea n trepte a motorului n ambele sensuri de rotire.Pentru vizualizarea curentilor n perioada pornirii motorului, n schema propus vor fi prevzute cte un ampermetru n circuitul

Figura 4 statoric i rotoric al motorului.Tensiunea de alimentare se va stabili n funcie de conexiunile motorului; se propune alimentarea acionrii de la regulatorul de inducie al laboratorului.

4. nchierea lucrrii.

n final studenii vor prezenta un referat sintetic asupra lucrrii de laborator care va cuprinde urmtoarele aspecte:

elemente teoretice privind folosirea controlerelor;

diagrama de funcionare a controlerului folosit i prezentarea ei; schema de lucru utilizat i metodologia de lucru cu aceasta.

NTREBRI DE VERIFICARE.La nevoie se vor consulta capitole corespuztoare din cadrul cursului de Convertoare electromecanice, respectiv Acionri electromecanice.

1.- De ce la pornirea motorului asincron cu inele, pentru limitarea curentului de pornire, se opereaz n cadrul circuitului rotoric al motorului i nu n cel statoric ?

2.- De ce pentru limitarea curentului de pornire, se ntroduc n circuitul rotoric rezistoare, sub forma unor trepte de rezistoare ?

3.- n ce scop se folosesc seturi de pornire cu rezistoare trifazate nesimetrice, n locul celor simetrice ?

4.- Scurtcircuitarea treptelor rezistenelor de pornire se poate realiza manual sau automat. Ce varainte de aparataj se poate folosi n cazul scurtcircuitrilor manuale, respectiv automat ? n funcie de ce parametru se poate realiza automatizarea scurtcircuitrii ?

5.- Cte variante de conecxiuni se pot realiza, n general, la scurtcircuitarea rezistoarelor de pornire ? Cnd se folosesc variantele de conexiuni respective (avantaje/dezavantaje) ?

6.- Ce este un controler, ce rol are/? Pentru scurtcircuitarea treptelor de rezistene de pornire poate fi folosit un comado-controler, ce avantaje/dezavantaje ar fi n aceast varaiant de schem?

7.- Ce deosebire este ntre un controler de dublu sens i unul de simplu sens ? Un controler de simplu sens poate fi simetric/nesimetric, trebuie s posede i blocajul de zero ? Care este n fond rolul blocajului de zero ?

8.- Cum se justific c un controler de dublu sens trebuie s aib o diagram de funcionare format din 3 zone distincte ? Justificai rspunsul.

9.- n fond, ce reprezint diagrama de funcionare a unui controler pentru scurtcircuitarea treptelor rezistenelor de pornire. Un controler de un singur sens are, de asemenea, 3 zone ale diagramei de funcionare ? justificai rspunsurile.

10.- Cum se stabilete diagrama de funcionare pentru un controler de dublu sens ? Prezentai un model (exemplu) de diagram de funcionare.

11.- Cum se realizeaz inversarea sensului de rotire la motorul asincron, n cazul unui controler cu dublu sens ? De ce un controler (deci, aparataj manual de manevr !) are nevoie de un sistem mecanic de sacadare, cum ar fi, de exemplu, i n cazul pornitorului manual Y/ ?

12.- Ce efecte poate avea o manevrare prea rapid a unui controler la scurtcircuitarea rezistenelor de pornire ? Dar n cazul folosirii uni comando-controler efectele pot fi aceleai ?

13.- Cum trebuie considerat implementarea unui controler (de dublu sens/simplu sens) n cadrul unei scheme mai complexe, format dintr-un motor asincron de acionare cu inele i un panou de comand dotat eventual cu unele protecii i semnalizri ?

14.- Cum trebuie respectat ordinea de montatre ale elementelor de circuit n cadrul unei scheme mai complexe cum ar fi cea de la punctul 13 ?

15.- Cum se va ntocmi schema de montaj (criterii de montaj, ordinele de dispunere ale elementelor de circuit, etc) n cazul acestei lucrri de laborator ?

16.- Rezistenele ohmice nseriate n circuitul rotoric al motorului asincron la pornire, pot fi scurtcircuitate numai n trepte sau exist i alte variante ? Precizati eventual o astfel de schem de principiu.

17.- Se poate concepe o schem de scurtcircuitarea treptelor rezistnelor de pornire printr-o schem tiristorizat ? Prezentai schema de principiu pentru o astfel de variant.

18.- Care ar fi avantajele/dezavantajele de scurtcircuitare a rezistentelor de pornire n trepte sau ntr-o variant oarecare de reducere continu?

19.- Ce propune catalogul Moeller n ceea ce privete pornirea motoarelor asincrone cu inele ? Prezentai eventual o variant simplificat de schem de principiu cu comentariul respectiv.

20.- O dubl alimentare a motorului asincron cu inele ar fi folositoare pentru pornirea acestuia ?