Aleg.mot. Electrice

7/12/2019 Aleg.mot. Electrice

http://slidepdf.com/reader/full/alegmot-electrice 1/26

Grupul Şcolar “Vasile Sav“ Roman

Calificarea :Electrician exploatare în instalaţii electrice de joasă tensiune

Profesor îndrumător: Candidat:

Ing. Cioată Carmen Solomon Mihai Eduard

Anul şcolar 2009-2010



Grupul Şcolar “Vasile Sav “ Roman

Clasa a-XI-a I

Calificarea :Electrician exploatare în instalaţii

electrice de joasă tensiune

Tema atestatului :

“ Alegerea motoarelor de acţionare“

Anul şcolar 2009-2010

2



Cuprins

Argument……………………….…………………………….……pag. 4

Capitolul 1- Notiuni de bază1.1. Definiţii . Clasificări . Elemente constructive........................ pag. 6

A)Criterii de clasificare .......................................................... pag. 6B) Particularităţi constructive.............................................. . pag. 7

1.2. Principiul de funcţionare şi reversibilitatea maşinilorelectrice......................................................................................... . pag. 9

Capitolul 2- Motoare de curent continuu . Clasificare , utilizare2.1. Caractersticile de funcţionare alemotoarelor de curent continuu.................................................... pag.14

2.2. Ecuaţiile caracteristicilorviteză – curent , viteză – cuplu..................................................... pag.15

2.3. Randamentul motorului decurent continuu.............................................................................. pag.182.4. Pornirea motoarelor de curent continuu............................. .pag.20

a. Pornirea prin conectare directă.....................................pag.20

b. Pornirea cu reostat ........................................................ pag.20c. Pornirea prin reducereatensiunii de alimentare....................................................... pag.21

Capitolul 3 - Măsuri de protecţia munciila utilizarea maşinilor electrice ………………………………… pag.22

ANEXA - Motoare electrice speciale............................................ pag.25

Bibliografie………………………………………………………. pag.26

3



Argument

Proiectul cu tema”Alegerea motoarelor de acţionare” încearcă să trateze

un amplu subiect teoretic legat de maşini electrice. Lucrarea este structurată în tricapitole :Cap.I prezintă noţiuni de teorie ale maşinilor electrice : definiţii, clasificare ,

elemtele constructive , criterii de clasificare , particularităţi constructive , principiul de funcţionare şi reversibilitatea maşinilor electrice.

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv ce transformăenergia electrică în energie mecanică. Transformarea inversă, a energiei mecaniceîn energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferenţe de

principiu semnificative între cele două tipuri de maşini electrice, acelaşidispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situaţii diferite.

Majoritatea motoarelor electrice funcţionează pe baza forţelor electromagnetice ce acţionează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă şi motoare electrostatice construite pe bazaforţei Coulomb şi motoare piezoelectrice.Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multeaplicaţii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până laacţionări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge:

• Motor de curent continuu• Motor de curent alternativ• Motor de inducţie (asincron)• Motor sincronElemente constructive- Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din

două părţi componente: stator şi rotor. Statorul este partea fixă a motorului, îngeneral exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armăturaferomagnetică statorică şi înfăşurarea statorică. Rotorul este partea mobilă amotorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax şi o armăturărotorică ce susţine înfăşurarea rotorică. Între stator şi rotor există o porţiune deaer numită întrefier ce permite mişcarea rotorului faţă de stator. Grosimeaîntrefierului este un indicator important al performanţelor motorului.

Cap.II Motoare de curent continuu . Clasificare , utilizare- face referire lanoţiunile teoretice ale maşinilor de curent continuu, motorul de curent continuu,caractersticile de funcţionare ale motoarelor de curent continuu, ecuaţiilecaracteristicilor viteză – curent , viteză – cuplu, randamentul motorului de curent

4

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_electric&action=edit

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Ma%C5%9Fin%C4%83_electric%C4%83&action=edit

http://ro.wikipedia.org/wiki/Curent_electric

http://ro.wikipedia.org/wiki/Hard_disc

http://ro.wikipedia.org/wiki/Imprimant%C4%83

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Ac%C5%A3ionare_electric%C4%83&action=edit

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_electric&action=edit

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Ma%C5%9Fin%C4%83_electric%C4%83&action=edit

http://ro.wikipedia.org/wiki/Curent_electric

http://ro.wikipedia.org/wiki/Hard_disc

http://ro.wikipedia.org/wiki/Imprimant%C4%83

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Ac%C5%A3ionare_electric%C4%83&action=edit



continu, pornirea motoarelor de curent continuu( pornirea prin conectare directă, pornirea cu reostat, pornirea prin reducerea tensiunii de alimentare ).

Maşinile electrice de curent continuu ca şi cele de curent alternativ suntreversibile , putând funcţiona ca generatoare sau ca motoare după cum suntantrenate sau antrenează mecanisme .

Atât la generatoare cât şi la motoare , după felul excitaţiei distingem :maşini cu excitaţie derivaţie ( paralel ) , serie sau mixtă ( compound ) .

Motoarele cu excitaţie derivaţie alimentate de la o sursă de tensiuneconstantă sau având numai înfăşurarea de excitaţie la tensiune constantă , iar indusul alimentat de la o sursă de tensiune variabilă ( motoare cu excitaţiaalimentată separat ) sunt folosite la acţionarea maşinilor unelte grele ; încomparaţie cu motoarele asincrone , ele permit reglajul turaţiei în limite largi şi înmod continuu . Regimurile lor tranzitorii de pornire , frânare şi inversare asensului de rotaţie au durată relativ scurtă , iar caracteristica de viteză este dură

( rigidă , adică viteza se modifică puţin când variază cuplul de sarcină ) .Motoarele cu excitaţie serie sunt folosite în tracţiunea electrică , la

acţionarea trmvaielor , troleibuzelor , electrocarelor , la demararea motoarelor autovehiculelor şi la unele macarale telescopice . Ele au caracteristică mecanicămoale ( viteza scade mult la creşterea cuplului de sarcină ) , au cuplu mare la

pornire , suportă mai bine suprasarcinile şi nu sunt sensibile la căderile mari detensiune .

Motoarele cu excitaţie mixtă se utilizează la acţionările mecanismelor curegim variabil , cu număr mare de conectări şi frânare dinamică la oprire .

Caracteristicile lor sunt intermediare în raport cu cele ale motoarelor derivaţie şiserie . Cap.III – prezintă norme de protecţia muncii privind lucrul cu maşinileelectrice în cadrul orelor de laborator tehnologic.

Deasemenea este inclusă şi o anexă a motoarelor electrice speciale, careinclude prezentarea modelului , caracteristicile acestora( putere , turaţie ,etc.)

5



Capitolul 1- Notiuni de bază

1.2. Definiţii . Clasificări . Elemente constructive

Definiţie : Prin maşină electrică se inţelege un ansamblu de corpuri solide( armături pe care de regulă sunt plasate infăşurări conductoare ) , in generalrelativ mobile , cuplate intre ele electric , magnetic , sau şi magnetic şi electric ;acest ansamblu transformă energia electrică în energie mecanică , situaţie în carevorbim despre motoare , sau invers , din energie mecanică în energie electrică ,situaţie în care vorbim despre generatoare sau (in cazul transformatorului spreexemplu din energie electrică tot în energie electrică de altă formă sau

parametri ).Pentru a restrânge din generalitatea definiţiei de mai sus pe de o parte şi

pentru a introduce diferenţe specifice semnificative pe de alta , vom apela la

câteva criterii de clasificare unanim acceptate de literatura tehnică , fără a emiteînsă pretenţii de exhaustivitate .

A)Criterii de clasificare

a) Dupa natura cuplajului distingem:-maşini electrostatice , la care intervine doar cuplajul electric-maşini magneto-electrice , la care intervine cuplajul magnetic , câmpulmagnetic fiind generat de magneţi permanenţi

-maşini electromagnetice , cele mai răspândite in aplicaţiile obişnuite , lacare intervine de asemenea cuplajul magnetic , câmpul magnetic fiindgenerat însă în acest caz de electromagneţi ; reamintim că electromagnetuleste în general un dispozitiv compus dintr-un circuit magnetic înlănţuit cuun circuit electric în care polarizarea magnetică a materialului circuituluimagnetic ( de mare permeabilitate magnetică ) este produsă de curenţiielectrici ( de conducţie ) , care parcurg bobina circuitului electric .

b) După sensul de transformare a energiei avem:

-maşini generatoare , al căror input energetic este energia mecanică , iar output-ul energetic este energia electrică

-maşini motoare , la care se inversează sensul de circulaţie a energieiIn general armăturile cuplate sunt relativ mobile ; la limită când între cele

două armături nu avem mişcare relativă se vor obţine aşa numitele:-transformatoare , asimilate maşinilor electrice şi care transformă energia

electrică caracterizată de o anumită pereche curent/ tensiune tot în energieelectrică de altă pereche curent/tensiune , la aceeaşi frecventă ;

6



c) După natura curentului ce străbate înfăşurările armăturilor :-maşini de curent alternativ -sincrone/asincrone (de inducţie ) cu

sau fără colector -monofazate/polifazate

-maşini de curent continuu

B) Particularităţi constructive

La maşinile rotative normale (cele mai larg răspândite în aplicaţii comune )între cele două armături de simetrie cilindrică , apare o mişcare relativă derotaţie , una dintre cele două armături fiind in general fixă şi numită STATOR ,iar cealaltă mobilă , coaxială cu prima şi situată în interiorul statorului , dinmotive constructive lesne de inţeles , numită ROTOR. Părţile feromagnetice se

execută din materiale magnetice moi , fontă sau oţel masiv , iar în cazul în carecâmpurile magnetice sunt variabile in timp , din tole de oţel electrotehnic aliat cusiliciu , fragmentarea fiind impusă de reducerea pierderilor prin hiesterezis şicurenţi turbionari .Pentru transformatoare se preferă tolele laminate la rece cu

proprietati superioare pe directia de laminare ; de asemenea , pentrutransformatoarele de reţea monofazate utilizate in sursele in comutaţie ( utilizatein aparatele TV , calculatoare personale si alte instalaţii de automatizare ) precumşi in transformatoarele de semnal , se utilizează miezuri pline E+I , toruri sau oalede ferită .

Spatiul de aer dintre stator şi rotor poartă numele de întrefier şi se noteazăcu δ .După cum am menţionat şi mai sus , pe stator , respectiv pe rotor , de regulă

sunt plasate infăşurări conductoare ( numite generic bobinajul maşinii) ,confecţionate preponderent din cupru electrolitic sau aluminiu , utilizat mai alesla transformatoarele trifazate , precum şi la înfăşurările în scurtcircuit ale maşiniiasincrone (de inductie) .

Tolele , spirele bobinajelor , precum şi înfăşurările se izolează în raport cu părţile feromagnetice cu un lac electroizolant , de o anumită clasă de izolaţie ,mărime ce caracterizează temperatura pâna la care lacul îşi conservă nealterate

proprietăţile electroizolante.Dacă întrefierul este constant de-a lungul periferiei armăturilor , fig 1.1

avem de a face cu maşina cu poli plini , iar dacă este variabil , fig 1.2 avem de aface cu maşina cu poli aparenţi .

7



fig. 1.1 fig. 1.2

Partea maşinii în care se produce câmpul de excitaţie (inductor) se numeşteinductor , iar partea maşinii în care câmpul magnetic induce tensiune , senumeşte indus . Rolurile de indus si inductor sunt reversibile , în cazul general almaşinilor electrice . Pentru motoarele electrice de regulă inductorul estestatorul , iar indusul este rotorul .Infăşurările pot fi sub formă de bobine plasate pe poli , înfăşurări concentrate ,fig 1.2 , sau plasate în crestături practicate în miezul feromagnetic ( înfăşurărirepartizate ) fig. 1.1.

Când înfăşurările maşinii sunt străbătute de curenţi , se stabileşte câmpulmagnetic rezultant al maşinii , care se inchide prin miezul feromagnetic ,

determinând pe periferia maşinii poli de polarităţi alternante . In fig 1.2 , prin S s-a notat statorul , iar prin R rotorul . De regulă , din considerente de optimizare ,maşinile electrice rotative se construiesc simetric după două tipuri de axe :

- axa d , care trece prin mijlocul unui pol şi poartă numele de axălongitudinală

- axa q , care se suprapune peste bisectoarea unghiului a doua axelongitudinale consecutive şi care se numeşte axa transversală sau axaneutră

Distanţa pe periferia indusului dintre două axe neutre consecutive se numeşte

lungimea pasului polar şi se notează cu τ .Evident , o maşină electrică se construieşte cu 2p poli ( p= numărul de perechi de poli ) ; dacă notăm cu D diametrul indusului ( rotorul în cazul fig 1.2 ) , rezultărelaţia :

2pτ = πD (1.1)

1.2. Principiul de funcţionare şi reversibilitatea maşinilor electrice

8



Repartiţia câmpului magnetic inductor de-a lungul pasului polar τ depinde deconstrucţia maşinii , la maşinile cu poli aparenţi , curba de repartiţie acomponentei radiale a inducţiei magnetice B pe pasul polar fiind de formă

dreptunghiular –curbilinie ( fig 1.3 ) , iar la maşinile cu poli plini , de formătrapezoidal –curbilinie . Din motive de optim se urmăreşte ca prin construcţie săse obţină o repartiţie cât mai apropiată de o sinusoidă ; aceasta se realizează prin

plasarea potrivită a înfăşurării de excitaţie ( la maşinile cu poli plini ) fie prinvariaţia întrefierului sub talpa polara ( la maşinile cu poli aparenţi ) .

fig. 1.3

Plecând de aici , să considerăm un conductor de lungime l , perpendicular pe planul figurii , la distanţa x , care se deplasează cu viteza v in sensul indicat , faţăde un câmp magnetic de amplitudine B ‚ de repartiţie spaţială sinusoidală (fig1.4)

fig. 1.4

Cum Tensiunea electromotoare de deplasare indusă în conductor este : uec=Bxlv

(1.2 ) relaţie în care pentru repartiţia sinusoidală considerată , Bx=B sin πx/τ .Alegând originea timpului t=0 la trecerea prin punctul de câmp nul ( prin axa q ) ,x=vt=πDnt si conform (1.1 ) , x=2pτnt .Inlocuind in (1.2) , uec =Blv sin 2π pnt şi cum viteza unghiulară Ω = 2πn , rezultă

u ec = Blv sin pΩt (1.3)Luând pe u ec de forma

u ec = Uec √2 sin ωt (1.4)

9



unde ω este pulsaţia , rezultăω =pΩ (1.5)

Distanţei x , parcursă de conductor în timpul t îi corespunde un unghi la centrugeometric , αe = Ω t ; prin analogie unghiul αe = ωt ce fixează valoarea tensiunii

induse se numeşte unghi electric . Avem evidentαe=p αe (1.6)unghiul geometric dintre două axe consecutive d,q, este ½ 2π/2p , rezultăconform (1.6) că unghiul lor electric este π/2 , adică axele sunt în cuadraturăelectrică .Dacă se inlocuieşte în (1.5) , ω = 2πf si Ω =2πn , rezultă

f=pn (1.7)relaţie de bază ce leagă frecvenţa tensiunii induse de numărul de poli şi turaţiamaşinii .

figura.1.5

Inseriind conductorul a cu un alt conductor b , plasat la distanţa τ ( pasul polar ) , astfel incât să formeze o spiră , prin parcurgerea lor în sensuri contrare ,t.e.m. la bornele spirei apare dublă faţă de tensiunea indusă într-un conductor ( t.e.m. induse in cele două conductoare sunt egale şi de semn contrar , iar sensurile de parcurgere ale conductoarelor sunt opuse ).

Daca una sau mai multe spire inseriate suprapuse se aseză pe un rotor ce seroteşte intr-un câmp magnetic constant şi se leagă electric capetele a,x, ale

înfăşurării la două inele colectoare pe care calcă un sistem de perii ( fig 1.5) seobţine la perii o t.e.m. alternativă . Conectând la inele un consumator , maşinadebitează un curent alternativ , funcţionând în regim de generator sau alternator monofazat .Dacă viteza de rotaţie este constantă , curba de variaţie în raport cutimpul a tensiunii electromotoare induse repetă ( rel 1.2) repartiţia spatială acomponentei radiale a inducţiei magnetice din întrefier ; evident, dacă aceastarepartiţie este sinusoidală , t.e.m. indusă variază sinusoidal în raport cu timpul .

10



Dacă pe o pereche de poli se plasează m înfăşurări egale , decalate cuunghiul la centru 2π/mp , rezultă m t.e.m. induse defazate între ele cu 2π/mrad.el. obţinându-se astfel o masină electrică m fazată . De regulă cele mînfăşurări se leagă în stea sau poligon . ( la conexiunea stea capetele de sârşit se

leagă împreuna , constituind punctul de nul al înfăşurării , iar la conexiunea poligon capătul de sfârşit al unei înfăşurări se uneşte cu capătul de inceput al urmatoarei ).Capetele de început ale înfăşurărilor se leagă cu exteriorul tot prinintermediul inelelor şi periilor . Obişnuit se ia m=3 înfăşurări , iar maşinile senumesc trifazate . Tensiunile trifazate sunt defazate între ele simetric .

fig. 1.6 a,b

Infăşurările trifazate se realizează atât în conexiunea stea ca in fig 1.6 a, cât şi înconexiunea triunghi ca în fig 1.6 b . Când tensiunile variază sinusoidal în timp‚ ele se pot reprezenta în complex . In fig 1.6 a si 1.6 b sunt indicate tensiunile defază şi de linie pentru conexiunea stea şi triunghi ; se vede că între tensiunile delinie Ul şi de fază Uf există relaţiile Ul =√3Uf la conexiunea stea şi Ul=Uf laconectarea triunghi .

Dacă cele două capete ale înfăşurării A,B, din fig 1.5 se leagă la două lamele pecare calcă două perii aşezate astfel ca în figura 1.7 ,

11



fig. 1.7

t.e.m. culeasă la perii va fi de forma din fig 1.8 (s-a considerat curba repartiţieicâmpului magnetic inductor , practic sinusoidală )

fig. 1.8 a,b

Se poate observa că la peria A vine întotdeauna conductorul plasat subacelaşi pol , deci în care t.e.m. are în permanenţă acelaşi sens . La o înfăşurareformată din mai multe grupuri de spire (bobine) , înseriate prin lamele şi dispuse

pe întreaga periferie a maşinii , pulsaţiile tensiunii culese la perii se reduc sensibil

, obţinându-se astfel o tensiune practic continuă . Ansamblul lamelelor constituieaşa numitul colector şi joacă rolul de redresor mecanic .Cuplul ce se dezvoltă la funcţionarea în regim de generator a maşinilor

electrice , determinat de interacţiunea dintre câmpul inductor şi curentulindusului este de frânare , opus cuplului de rotaţie aplicat la arborele maşinii . Lafuncţionarea în regim de generator , puterea mecanică primită la arbore setransformă prin intermediul câmpului electromagnetic al maşinii , care setransmite consumatorului conectat la bornele înfăşurării indusului .

12



Dacă înfăşurarea indusului se conectează la o reţea absorbind un curentelectric , din interacţiunea dintre curentul din indus şi câmpul inductor sestabileşte un cuplu ce determină rotaţia maşinii . Puterea electrică primită de lareţea se transformă în putere mecanică permiţând maşinii să antreneze maşini – unelte şi instalaţii complexe . Vorbim aşadar de regimul de motor al maşinii.

Toate maşinile verifică principiul reversibilităţii , adică pot funcţiona atât înregim de generator cât şi de motor .

Transformatorul este un modificator static al puterii electrice caracterizată prin anumite valori ale tensiunii şi curentului , tot în putere electrică la alte valoriale tensiunii şi curentului , la aceeaşi frecvenţă.

13



Capitolul 2- Motoare de curent continuu . Clasificare , utilizare

Maşinile electrice de curent continuu ca şi cele de curent alternativ suntreversibile , putând funcţiona ca generatoare sau ca motoare după cum suntantrenate sau antrenează mecanisme .

Atât la generatoare cât şi la motoare , după felul excitaţiei distingem :maşini cu excitaţie derivaţie ( paralel ) , serie sau mixtă ( compound ) .

Motoarele cu excitaţie derivaţie alimentate de la o sursă de tensiuneconstantă sau având numai înfăşurarea de excitaţie la tensiune constantă , iar indusul alimentat de la o sursă de tensiune variabilă ( motoare cu excitaţiaalimentată separat ) sunt folosite la acţionarea maşinilor unelte grele ; încomparaţie cu motoarele asincrone , ele permit reglajul turaţiei în limite largi şi înmod continuu . Regimurile lor tranzitorii de pornire , frânare şi inversare asensului de rotaţie au durată relativ scurtă , iar caracteristica de viteză este dură

( rigidă , adică viteza se modifică puţin când variază cuplul de sarcină ) .Motoarele cu excitaţie serie sunt folosite în tracţiunea electrică , la

acţionarea trmvaielor , troleibuzelor , electrocarelor , la demararea motoarelor autovehiculelor şi la unele macarale telescopice . Ele au caracteristică mecanicămoale ( viteza scade mult la creşterea cuplului de sarcină ) , au cuplu mare la

pornire , suportă mai bine suprasarcinile şi nu sunt sensibile la căderile mari detensiune .

Motoarele cu excitaţie mixtă se utilizează la acţionările mecanismelor curegim variabil , cu număr mare de conectări şi frânare dinamică la oprire .

Caracteristicile lor sunt intermediare în raport cu cele ale motoarelor derivaţie şiserie .

2.1. Caractersticile de funcţionare ale motoarelor de curent continuu

Unele proprietăţi importante , specifice regimurilor de funcţionare alediverselor tiuri de motoare electrice , sunt conţinute în expresiile analitice saureprezentările grafice ale caracteristicilor naturale sau artificiale de funcţionare .Dintre cele mai importante caracteristici se menţionează : caracteristica cuplu-viteză ( caracteristică mecanică ) , caracteristica viteză – curent şi caracteristica

randament- sarcină .Regimurile elctromecanice permanente de funcţionare ale motoarelor de

curent continuu sunt determinate de ecuaţiile de mai jos şi se referă la tensiuneala borne , tensiunea electromotoare de rotaţie , cuplul electromagnetic , echilibrulcuplurilor rotorice şi fluxul magnetic principal :

14



),(

)(

e

r

i I f

M M

KI M

K E

rI E U

=Φ

Ω=

Φ=

ΩΦ=

+=

Cuplul rezistent Mr care se opune mişcării de rotaţie a rotorului includecuplul de sarcină al mecanismului antrenat , cuplul datorat frecărilor în lagăre , deventilaţie şi cel corespunzător pierderilor în fierul rotorului . El trebuie dat îngeneral grafic sau analitic ca funcţie de viteza de rotaţie Ω . Pentru simplificare seconsideră uneori cazul particular când cuplul rezistent este un parametruindependent de turaţie .Fluxul magnetic Φ este o funcţie neliniară a curenţilor din înfăşurările maşinii .Dacă se consideră compensată reacţia indusului , prin efectul polilor auxiliari şi a

unor înfăşurări de compensaţie , fluxul Φ se poate aproxima ca fiind egal cu celinductor Φ0 , adică o funcţie dependentă numai de curentul de excitaţie( caracteristica de magnetizare a maşinii ) .Prin rezolvarea celor cinci ecuaţii de mai sus se pot determina mărimile E,I,Ω,M,Φ ce caracterizează regimul permanent .

2.2. Ecuaţiile caracteristicilor viteză – curent , viteză – cuplu

se obţin prin eliminarea variabilelor intermediare (E şi apoi I ) între primele două respectiv trei ecuaţii ale sistemului anterior :

( ) 2)1(

1

Φ−

Φ=

Φ−

Φ=Ω

−=

Φ−=Ω

K

rM

K

U

UK

rM

K

U

U

rI

K

U

K

rI U

Exprimarea fluxului magnetic ca funcţie a curenţilor din înfăşurărilemaşinii corespunzătoare diverselor tipuri de motoare conduce la ecuaţiile

particulare alecaracteristicilor . Aceste ecuaţii explicite conţin mărimile şi parametrii care pot ficomandaţi

( modificaţi prin acţiune directă ) în vederea obţinerii caracteristicilor artificialenecesare diverselor acţionări ( porniri , opriri , reglaj al turaţiei ) .

a. Motorul cu excitaţie separată sau derivaţie ( figura 2.1. a. ) are fluxulmagnetic inductor Φ , în primă aproximaţie , independent de sarcină ,egal cu cel inductor Φ0 dependent numai de valoarea curentului deexcitaţie ie .

15



fig.2.1.a fig. 2.1.b.

Ecuaţiile caracteristicilor principale viteză-curent şi cuplu-viteză ( figura2.1.b. ) sunt atunci liniare şi pot fi exprimate într-o formă asemănătoare :

−Ω=

−Ω=Ω

p pM M

I I 11

00

unde :Φ

=Ω K

U 0 este viteza de mers în gol ideal ( la I = 0 )

r

U I p = este curentul natural de pornire ( la Ω = 0 , fără reostat de

pornire )

0

2

Ω=Φ=Φ=

r

U I K

r

U K M p p cuplul natural de pornire .

In mod uzual se cunosc valorile nominale ale curentului In şi vitezei Ωn ,

încât substituind p

n

n

I

I −

Ω=Ω

1

0

se obţine o altă formă de exprimare a ecuaţiilor

caracteristicilor naturale principale ale motorului de curent continuu derivaţie ,numită „ forma normală ” :

p

n

p

n

p

n

p

n

M

M

M

M

I

I

I

I

−

−Ω=

−

−Ω=Ω

1

1

1

1

Caracteristica naturală a turaţiei ca funcţie de sarcina motorului derivaţieare panta foarte mică ( caracteristică rigidă , sau dură ) , fiind proporţională curezistenţa indusului care este de ordinul a câtorva procente din rezistenţaechivalentă nominală a motorului . De aceea turaţia se menţine practic constantăla variaţia cuplului de sarcină ( bineînţeles în limite normale ) şi deci puterearezultă proporţională în aceste limite cu cuplul Ω= M P .

16



b. Motorul cu excitaţia serie

( figura 2.2.a.) are în domeniul liniar al caracteristicii de magnetizare fluxulmagnetic Φ proporţional cu intensitatea curentului de sarcină , LI =Φ , iar cuplul este proporţional cu pătratul intensităţii 2 KLI M

=.

fig 2.2.a. fig 2.2.b.

Ecuaţiile caracteristicilor sale principale ( figura 2.2.b. ) rezultă atunci prinsubstituirea expresiei fluxului în ecuaţia motorului de curent continuu , prezentatămai sus ,

( ) 2)1(Φ

−Φ

=Φ

−Φ

=Ω K

rM

K

U

UK

rM

K

U

Rezultă pentru Ω valorea :

( )

−Ω=

−

++

=+

−=Ω ∞ 11 pe

ee

I

I

I Rr

U

KL

Rr

KL

Rr

KLI

U

−Ω=+−=Ω ∞ 1

M

M

KL

Rr

KLM

U pe

S-au folosit notaţiile :R e rezistenţa înfăşurării de excitaţie serie

KL

Rr e=−=Ω− ∞ viteza asimptotică la ∞→ I şi ∞→ M

17



e

p Rr

U I

+= curentul natural de pornire

( ) ∞∞ Ω+=

Ω+

==e

pe

p p Rr

U I

Rr KLI M

222 cuplul natural de pornire

Folosind valorile nominale ale curentului In şi vitezei Ωn , se substituie

1−

Ω=Ω∞

n

p

n

I

I în expresiile ecuaţiilor anterioare pentru obţinerea formei normale a

ecuaţiilor caracteristicilor naturale ale motorului serie :

1

1

1

1

−

−Ω=

−

−Ω=Ω

n

p

p

n

n

p

p

n

M

M

M

M

I

I I

I

Turaţia motorului serie variază mult la schimbarea cuplului de sarcină . Deaceea funcţionarea în gol când turaţia creşte mult peste cea nominală ( motorul seambalează ) este inadmisibilă .

Cuplul electromagnetic fiind proporţional cu pătratul intensităţiicurentului , suprasarcinile motorului serie ( în particular pornirea ) suntcaracterizate printr-un cuplu relativ sporit în raport cu motorul derivaţie .

La valori mari ale curentului de excitaţie , fluxul magnetic inductor nu maicreşte însă proporţional cu intensitatea curentului de sarcină , datorită saturaţiei ,ci se menţine aproximativ constant . In acel domeniu , motorul serie arecaracteristici asemănătoare motorului derivaţie .

c. Motorul cu excitaţia mixtă are caracteristici intermediare motoarelor derivaţie şi serie . Datorită

excitaţiei derivaţie este evitată ambalarea la mersul în gol , iar excitaţiaserie determină un cuplu mărit la pornire .

2.3. Randamentul motorului de curent continuu

Motorul electric transmite mecanismului acţionat energia necesară producerii lucrului mecanic din energia electromagnetică pe care o poate primi prin intermediul câmpului electromagnetic , de la reţeaua electrică de alimentare .

Pierderile de putere produc încălzirea maşinii şi micşorarearandamentului . Ele sunt de natură mecanică ( frecări în lagăre şi prin ventilaţie )şi electromagnetică ( în fier , în cupru şi contactul periilor cu lamelelecolectorului ).Conform schemei bilanţului de puteri din figura 4.5.

18



fig. 2.3.

din puterea electromagnetică primită de motor , P1 = UI , se scad pierderile de putere în circuitele electrice ΔPCu ( inductor , indus şi colector ) şi în fier ΔPFe

spre a obţine puterea electromecanică P2 = EI a rotorului . După scăderea pierderilor mecanice ΔPm , rămâne puterea utilă P = MΩ transmisă de arboremecanismului antrenat .

La motorul derivaţie ca şi la generator pierderile de putere se pot separa în pierderi constante independente de sarcină (ΔP0 ) , pierderi proporţionale cuintensitatea curentului de sarcină (ΔP1 = β ΔP1n ) şi pierderi proporţionale cu

pătratul intensităţii curentului de sarcină (ΔP2 = β2 ΔP2n ) . De aceeacaracteristica randamentului are valoarea maximă la factorul de sarcină

nn P

P

I

I ==β pentru care pierderile de putere constante sunt egale cu cele

dependente de pătratul curentului de sarcină , ΔP0 = ΔP2 .

Intr-adevăr , scriind randamentul sub forma :

β β

β β β β

η

210

2

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

1

0

1

22

1

1

1

0

1

1

1

11

p p p

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P P n

n

n

n

n

n

∆−∆−∆−=

=∆−∆−∆−=∆−∆−∆−=∆−=

în care cu litere mici s-au notat puterile raportate la P1n ; anulând acum

derivata , 0=β

η

d

d , rezultă

220 P

P ∆=∆β

sau 222

22

110 P P p P p P p nnn ∆=∆=∆=∆=∆ β β

La motoarele de tip serie sau mixt este mai dificil de exprimat , în formăexplicită randamentul ca funcţie de factorul de sarcină , deoarece la tensiuneconstantă fluxul magnetic şi turaţia variază cu sarcina . Aspectul caracteristicii derandament este însă acelaşi .

19



Caracteristica randamentului este în general destul de plată în jurul valoriimaxime , încât la sarcina nominală valoarea randamentului nu diferă esenţial decea maximă .

Alături de tensiunea nominală , puterea nominală ( mecanică utilă ) şituraţia nominală , randamentul nominal este o mărime caracteristică înscrisă încataloage , pe plăcuţa sau în documentele însoţitoare ale maşinii .

2.4. Pornirea motoarelor de curent continuu

Problemele generale privind limitarea curenţilor şi a cuplurilor de pornirese pun şi în cazul motoarelor de curent continuu .Menţionăm trei preocedee de

pornire : prin conectare directă , cu reostat de pornire şi prin reducerea tensiuniide alimentare .

a. Pornirea prin conectare directă –

se poate folosi numai la motoare de mică putere , construite în modspecial astfel încât curentul de pornire să nu depăşească valori de ordinul I p= 5In . Motoarele de curent continuu uzuale , mai ales cele de mare putere ,au rezistenţa internă foarte mică . Astfel pentru un motor de 100 kWrezistenţa inernă este de ordinul 5% Un/In . La pornire ( când turaţia şitensiunea electromotoare sunt nule ) dacă se conectează indusul direct lareţea ( la motoarele cu excitaţia derivaţie şi mixtă după conectarea

prealabilă a circuitului de excitaţie ) rezultă un curent de pornire de până la20 In , care solicită periile , bobinajul şi arborele , la încălzire , respectiv laforţe şi cupluri electrodinamice inadmisibil de mari ; la colector poateapărea „focul circular” , iar reţeaua de alimentare este şi ea afectată de unşoc ce poate fi dăunător , în lipsa unei protecţii adecvate . De aceea

pornirea prin conectare directă nu se foloseşte în mod uzual .

b. Pornirea cu reostat

este metoda cea mai răspândită . Reostatul de pornire , metalic , răcit

în aer sau ulei , este conectat în serie pentru a reduce curentul de pornire lavalori de ordinul n

p

p I Rr

U I 2=

== . El este divizat în câteva trepte care sunt

comutate automat sau manual pe măsură ce scade curentul p Rr

E U I

+−= , ca

urmare a apariţiei şi a creşterii tensiunii contraelectromotoare de rotaţieΦΩ= K E .

20



In figura 2.4. sunt reprezentate caracteristicile artificiale la pornirea cu

reostat în două trepte ,2 p

p

R R → şi 0

2→ p R

, pentru care s-a ales I pmax = 2In ,

iar I pmin = 1,1 In .

figura 2.4

c. Pornirea prin reducerea tensiunii de alimentare

se foloseşte la unele instalaţii de mare putere , mai ales în cazurilecând sunt necesare porniri dese şi când reostatul de pornire este voluminosşi produce pierderi de energie însemnate .Pentru reducerea tensiunii dealimentare a indusului ( nu şi a inductorului ) se folosesc : maşini„subvoltoare-supravoltoare ” conectate în serie , divizarea tensiunii de la

baterii de acumularoare sau grup special motor generator .La motoarele serie folosite în tracţiunea electrică pe lângă reostatul de

pornire se practică reducerea la jumătate a tensiunii aplicate motoarelor prin conectarea lor , câte două în serie , manevra efectuîndu-se manual sauautomat .

21



Capitolul 3- Măsuri de protecţia muncii la utilizarea maşinilor electrice

Principalele masuri de prevenire a electrocutarii in laboratoare sunt:- asigurarea inaccesibilitatii elementelor care fac parte din circuitele

electrice si care se realizeaza prin:- amplasarea conductelor electrice, chiar izolate, precum si a unor

echipamente electrice, la o inaltime inaccesibila pentru om. Astfel, normele prevad ca inaltimea minima la care se pozeaza orice fel de conducto electric safie de 4M, la traversarea partilor carosabile de 6M, iar acolo unde se manipuleazamateriale sau piese cu un gabarit mai mare, aceasta inaltime se depaseasca cu2.25m gabaritele respective.

- izolarea electrica a conductoarelor;- folosirea carcaselor de protectie legate la pamant;- ingradirea cu plase metalice sau cu tablii perforate, respectandu-se

distanta impusa pana la elementele sub tensiune.- folosirea tensiunilor reduse (de 12, 24, 36V) pentru lampile si sculeleelectrice portative. Sculele si lampile portative care functioneaza la tensiuneredusa se alimenteaza la un transformator coborator. Deoarece exista pericolulinversarii bornelor este bine ca atat distanta picioruselor fiselor de 12, 24 si 36V,cat si grosimea acestor picioruse, sa fie mai mari decat cele ale fiselor obisnuitede 120, 220 si 380 V, pentru a evita posibilitatea inversarii lor.

La utilizarea uneltelor si lampilor portative alimentate electric, suntobligatorii:

verificarea atenta a uneltei, a izolatii ai a fixarii sculei inainte deincperea lucrului;

evitarea rasucirii sau a incolacirii cablului de alimentare in timpullucrului si a deplasarii muncitorului, pentru mentinerea bunei stari a izolatiei;

menajarea cablului de legatura in timpul mutarii uneltei dint-un locde munca in altul, pentru a fi solicitat prin intindere sau rasucire; unealta nu va fi

purtata tinandu-se de acest cablu; evitarea trecerii cablului de alimentare peste drumurile de acces si in

locurile de depozitare a materialelor; daca acest lucru nu poate fi evitat, cablul vafi protejat prin ingropare, acoperire, cu scanduri sau suspendate;

interzicerea repararii sau remedierii defectelor in timpul functionariimotorului sau lasarea fara supraveghere a uneltei conectate la reteua electrica.

Folosirea mijloacelor individuale de protectie si mijloacelor de avertizare.Mijloacele de protectie individuala se intrebuinteaza de catre electricieni pentru

prevenirea electrocutarii prin atingere directa si pot fi impartite in doua categorii: principale si auxiliare.

Mijloacele principale de protectie constau din: tije electroizolante, clestiizolanti si scule cu manere izolante. Izolatia acestor mijloace suporta tensiunea de

22



regim a instalatiei in conditii sigure; cu ajutorul lor este permisa atingerea partilor conductoare de curent aflate sub tensiune.

Mijloacele auxiliare de protectie constau din: echipament de protectie(manusi, cizme, galosi electroizolanti), covorase de cauciuc, platforme si gratarecu picioruse electroizolante din portelan etc. Aceste mijloace nu pot realiza insasingure securitatea impotriva electrocutarilor.

Intotdeauna este necesara folosirea simultana cel putin a unui mijloc principal si a unuia auxiliar.

Mijloacele de avertizare constau din placi avertizoare, indicatoare deseuritate (stabilita prin standarde si care contin indicatii de atentionare), ingradiri

provizorii prevazute si cu placute etc. Acestea nu izoleaza, ci folosesc numai pentru avertizarea muncitorilor sau a persoanelor care se apropie de punctele delucru periculoase.

Deconectarea automata in cazul aparitiei unei tensiuni de atingere

periculoase sau a unor scurgeri de curent periculoase. Se aplica mai ales lainstalatiile electrice care functioneaza cu punctul neutru al sursei de alimentareizolat fata de pamant.

Mentionand faptul ca un curent de defect 300-500A poate deveni inanumite conditii, un factor provocator de incendii, aparatul prezentat asigura

protectia si impotriva acestui pericol.Intreruptorul este prevazut cu carcase izolante, si este echipat cu

declansatoare termice, electromagnetice si releu de protectie la curenti de defect.Separarea de protectie se realizeaza cu ajutorul unui transformator de

separatie. Prin acesta, se urmareste crearea unui circuit izolat fata de pamant, pentru alimentarea echipamentelor electrice, la care trebuie inlaturat pericolul deelectrocutare. In cazul uni defect, intensitatea curentului care se inchide prin omeste foarte mica, deoarece trebuie sa treaca prin izolatia care are o rezistentafoarte mare.

Conditiile principale care trebuie indeplinite de o protectie prin separaresunt:

la un transformator de separatie sa nu se poata conecta dacat unsingur utilaj;

izolatia conductorului de alimentare sa fie intotdeuna in stare buna,

pentru a fi exclusa posibilitatea aparitii unui curent de punere la pamant devaloare mare.

Izolarea suplimentara de protectie consta in executarea unei izolarisuplimentare fata de izolarea obtinuta de lucru, dar care nu trebuie sa reducacalitatile mecanice si electrice impuse izolarii de lucru.

Izolarea suplimentara de protectie se poate realiza prin:o aplicarea unei izolari suplimentare intre izolatia obisnuita de lucru si

elementele bune conducatoare de electricitate ale utilajului;

23



o aplicarea unei izolatii exterioare pe carcasa utilajului electric;o izolarea amplasamentului muncitorului fata de pamant.

Protectia prin legarea la pamant este folosita pentru asigurarea personaluluicontra electrocutarii prin atingerea achipamentelor si instalatiilor care nu fac

parte din circuitele de lucru, dar care pot intra accidental sub tensiune, din cauzaunui defect de izolatie. Elementele care se leaga la pamant sut urmatoarele:carcasele si postamentele utilajelor, masinilor si ale apartelor electrice, scheletelemetalicecare sustin instaltiile electrice de distributie, carcasele tablourilor dedistributie si ale tablourilor de comanda, corpurile mansoanelor de calibru simantalele electrice ale cablurilor, conductoarele de protectie ale liniilor electricede transport etc. Instalatia de legare la pamant consta din conductoarele de legarela pamant si priza de pamant, formata din electrozi. Prizele de pamant verticalesau orizontale se realizeaza astfel incat diferenta de potential la care ar putea fiexpus muncitorul prin atingere directa sa nu fie mai mare de 40V.

In general, pentru a se realiza o priza buna, cu rezistenta mica, elementeleei metalice se vor ingropa la o adancime de peste 1M, in pamantul bunconducator de electricitate, bine umezit si batut.

Sistemul de priza (legare la pamant) separata pentru fiecare utilaj prezintaurmatoarele dezavantaje: este costisitor (cantitati mari de materiale si manopera);unele utilaje (transformatoare de sudura, benzi transportoare etc.) se mutafrecvent dintr-un loc in altul; legatura este de multe ori incorect executata datoritacaracterului de provizorat al instalatiei.

Protectia prin legare la nul se realizeaza prin construirea unei retele

generale de protectie care insotesc in permanenta reteua de alimenare cu energielectrica a utilajelor.Reteaua de protectie are rolul unui conductor principal de legare la pamant,

legat la prize de pamant cu rezistenta suficient de mica.Sistemul prezinta o serie de avantaje:- utilajle electrice pot fi legate la o instalatie de legare la pamant cu o

rezistenta suficient de mica;- este economic, deoarece la instalatiile provizorii pentru santiere,

materialele folosite pot fi recuperate in cea mai mare parte;- este usor de realizat, putand fi folosite prizele de pamant naturale,

constituite chiar din constructiile de beton armat;- permite sa se execute legaturi sigure de exploatare, deoarece are prize

stabile cu durata mare de functionare;- toate utilajele electrice pot fi racordate cu usurinta la reteua de protectie;- se poate executa in mod facil un control al instalatiei de legare la pamant,

deoarece legaturile sunt simple si vizibile, iar prizele de pamant pot fi separate perand pentru masurare, utilajele ramanand protejatesigur de celelalte prize.

24



ANEXA - Motoare electrice speciale

Model:

Descriere: Aplicatii:

Puteri:Turatii:

Model:

Descriere:

Aplicatii:

Puteri:Turatii:

Model:

Descriere:

Aplicatii:Puteri:Turatii:

Model:Descriere:

Aplicatii:Puteri:Turatii:

Model:

Descriere: Aplicatii:

Puteri:Turatii:

5-6MP

Motoare electrice asincrone trifazate fara ventilatie exterioaraMotoarele sunt destinate actionarii pompelor de circulatie a lichidului deracire, la masini unelte.0,09 kW, 0,15 kW3000, 1500 rpm

MU

Motoarele sunt destinate actionarii pompelor de circulatie a lichidului deracire, la masini unelte.Motoarele sunt destinate actionarii pompelor de circulatie a lichidului deracire, la masini unelte.0,15 - 1,1 kW3000 rpm

MVD

Motoare electrice asincrone inchise, fara ventilatie exterioara. Motoarele tipMVD se executa astfel incat prin modificarea conexiunilor exterioare se potalimenta la tensiunile de 220V sau 380V pentru frecventele de 50Hz sau

60Hz, trifazat sau monofazatMotoarele tip MVD sunt destinate actionarii ventilatoarelor pentru racirea

aparaturii electrice si electronice80 - 90 W3000 rpm

MAP-1

Motoare electrice asincrone monofazate in constructie deschisa cu ventilatieexterioara.

Destinate actionarii aparatelor de proiectie.45 W3000 rpm

AMV 2

Motoare electrice asincrone trifazate cu ventilatie exterioara.Motoarele tip AMV-2, echipate cu un ventilator special, sunt destinate raciriirezistentelor de franare ale locomotivelor electrice.

11 kW1500 rpm

25



Bibliografie

Masini electrice Emil Costel TeodoruMircea Gogu

Universitatea tehnica “Gh. Asachi “ IasiFacultatea de electrotehnicaEditura Rotaprint – Iasi 2000

Masini electrice Margareta CojanAplicaţii practice Al. Simion

Leonard Livadaru

Universitatea tehnica “Gh. Asachi “ IasiFacultatea de electrotehnicaEditura Rotaprint – Iasi 1998

Masini , aparate , acţionari Nastase Bichir si automatizari Dan Mihoc

Corneliu Botan

Manual pt. Clasele XI si XII licee industriale si scoli profesionaleEditura Didactica si Pedagogica , R.A. Bucuresti , 1993

Aleg.mot. Electrice

Documents

Transcript of Aleg.mot. Electrice