1

Lucrarea 4a

Reglarea vitezei motorului asincron cu rotorul bobinat prin conectare n cascad

1. Generaliti Maina asincron dublu alimentat este caracterizat prin faptul c rotorul acesteia

este prevzut cu trei nfurri, care sunt conectate la trei inele montate pe arborele motorului. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii, care alunec pe aceste inele. Prin intermediul acestui sistem se poate modifica rezistena circuitului rotoric, i ca urmare se pot controla direct curenii din nfurrile rotorice.

Maina dublu alimentat este singura main capabil s funcioneze la cuplu nominal pn la dublul vitezei de sincronism.

n practic, maina asincron dublu alimentat (n regim de motor sau de generator) prezint probleme de stabilitate, necesit ntreinere datorit sistemului perii-colector, iar caracteristica prezint discontinuitate la turaia de sincronism, unde inducia nu mai are loc.

Ca toate celelalte tipuri de maini electrice, motorul dublu alimentat are nevoie de curent activ pentru a produce cuplu, respectiv de curent reactiv pentru a se magnetiza. Curentul de magnetizare fiind n general mult mai mic dect cel activ, practic nu afecteaz randamentul, exceptnd cazul n care maina funcioneaz la cuplu foarte redus, caz n care curentul de magnetizare este dominant. Ca i la motorul sincron cu nfurare de excitaie, fluxul magnetic poate fi produs de ctre curentul statoric, curentul rotoric, sau n comun de ctre ambii cureni. La acest tip de motor, maina poate fi magnetizat n totalitate prin rotor, caz n care motorul va funciona cu factor de putere unitar. La viteza de sincronism, n rotor curentul va fi curent continuu, ca i la o main sincron obinuit. La viteze diferite de cea de sincronism, curentul n rotor este alternativ. n regim de funcionare asincron, rotorul va trebui alimentat cu putere reactiv, n cazul n care acesta este folosit pentru a magnetiza motorul. Curentul rotoric este necesar i pentru a produce cuplu, pe lng rolul de a magnetiza motorul, astfel n rotor pe lng puterea reactiv va fi prezent i puterea activ.

Frecvena i amplitudinea tensiunii rotorice este proporional cu alunecarea (adic cu diferena dintre turaia de sincronism i cea a rotorului). n repaos frecvena va fi aceeai cu frecvena cmpului nvrtitor din stator, iar amplitudinea va fi determinat de raportul ntre numrul de spire statorice i rotorice. Se poate spune deci, c n repaos, maina dublu alimentat funcioneaz ca un transformator. n funcie de regimul de funcionare, rotorul fie necesit, fie genereaz putere activ n funcie de vitez i cuplu. Dac maina produce cuplu, i funcioneaz n regim de motor, rotorul va genera putere dac viteza este mai mic dect cea de sincronism (regim subsincron). n repaos toat puterea cu care se alimenteaz statorul (exceptnd pierderile) este returnat prin intermediul rotorului. Cantitatea de putere activ depinde de cuplu. Dac cuplul este nominal, ntre stator i rotor va circula puterea nominal. Ca i la alte maini, randamentul este sczut la viteze mici, deoarece curentul este necesar pentru a produce cuplu, ns puterea mecanic produs este foarte mic (aceasta fiind produsul ntre cuplu i vitez).

Dac motorul funcioneaz la viteze ce depesc viteza de sincronism (regim suprasincron) randamentul este mult superior n comparaie cu motoarele alimentate doar ntr-o singur parte. Ca exemplu, la vitez maxim, maina dublu alimentat cu acelai

2

numr de spire n stator i n rotor produce acelai cuplu la vitez dubl (deci putere dubl) dect motorul cu rotor n scurtcircuit. Pierderile, care se consider proporionale cu cuplul, sunt aproximativ la fel. Astfel randamentul, care reprezint raportul dintre puterea produs (util) i cea absorbit, este mult mai bun. Pe de alt parte convertorul de frecven care alimenteaz rotorul controleaz doar 50% sau mai puin din puterea motorului, deci i pierderile prin convertor sunt mai mici ca i n cazul convertoarelor de frecven care alimenteaz motoarele alimentate doar ntr-o singur parte i prin care circul 100% din puterea motorului.

La funcionare n regim suprasincron mainile dublu alimentate depesc performanele tuturor celorlalte tipuri de maini, deoarece pot funciona la cuplu constant pn la dublul vitezei de sincronism. Totui, trebuie menionat faptul, c motoarele dublu alimentate nu pot genera cuplu nominal pe volum mai mare dect cele simplu alimentate. Puterea mai mare rezult doar din faptul c se pot obine turaii mai mari dect cea de sincronism fr a slbi cmpul. n ceea ce privete metodele de reglare a turaiei motorului dublu alimentat, acesta se poate realiza intervenind fie n stator, fie prin rotor.

Dinspre partea de stator, metodele de reglare a turaiei sunt identice cu cele aplicabile la motorul asincron cu rotor n scurtcircuit, unde acesta se poate realiza prin reglarea amplitudinii i/sau a frecvenei tensiunii de alimentare.

n completarea acestor metode de reglare, viteza motorului dublu alimentat poate fi reglat i prin rotor, metodele cele mai cunoscute fiind:

a)Variaia rezistenei circuitului rotoric; b)Variaia reactanei de scpri a circuitului rotoric; c) Variaia alunecrii prin conectare n cascad. n prezenta lucrare se va efectua reglarea turaiei unui motor asincron cu inele

colectoare prin conectare n cascad.

2. Consideraii teoretice Reglajul turaiei prin conectare n cascad

Puterea din rotor poate fi recuperat prin inelele motorului cu ajutorul unor echipamente auxiliare. n continuare se vor trata cascadele de curent continuu, la care puterea din rotor se redreseaz. Puterea de alunecare este definit de relaia:

, (2.1) n care s-a notat: alunecarea; puterea electromagnetic.

Puterea disponibil n rotor poate fi recuperat n dou moduri:

- Prin redresare n putere de curent continuu urmat de transformarea n putere mecanic, care este retransmis la arborele unui motor asincron cu ajutorul unui motor de curent continuu. Aceast metod este cunoscut sub denumirea de cascad Krmer.

- Prin redresare n putere de curent continuu care este mai apoi restituit napoi n reeaua de alimentare trifazat prin intermediul unui convertor static de frecven (CSF), cunoscut sub denumirea de cascad Scherbius.

3

n figura 2.1 este prezentat schema de principiu a cascadelor de curent continuu, iar caracteristicile mecanice statice de reglaj a cascadelor este artat n figura 2.2.

Puterea mainilor auxiliare sau a redresoarelor este determinat de puterea rotoric , la alunecare maxim, fiind puterea electromagnetic transmis prin

ntrefier. n general alunecarea maxim 0.2 0.5. Cuplarea n cascad n apropiere de 1 nu este economic, deoarece mainile auxiliare se apropie ca putere de mainile principale. De aceea pornirea se realizeaz cu mainile auxiliare deconectate i numai dup se realizeaz conectarea n cascad. Din acest motiv, conectarea n cascad este recomandat la acionri de puteri mari.

Fig. 2.1. Schema de principiu a cascadelor de curent continuu.

U 0RD =0

maxU URD RD=

0 +

Fig. 2.2. Caracteristicile statice de reglaj ale cascadelor.

Tensiunea de comand se consider tensiunea de ieire a redresorului, . Dac

acesta crete, va determina o scdere a vitezei motorului. Pentru a mri curentul din

4

circuit, tensiunea va trebui mrit. Dac curentul din circuitul rotoric este zero nu se va mai produce cuplu. n general cascadele se utilizeaz n regim de motor, adic M>0.

Cascada Krmer

n figura 2.3 este prezentat schema de reglare a vitezei pentru cascada Krmer.

Tensiunea redresat este aplicat unui motor de curent continuu cu excitaie independent.

IRDrefref

ms

IRDms

Ue

Fig. 2.3. Schema de reglare a cascadelor Krmer.

Domeniul de reglaj al vitezei este redus, din cauza motorului de curent continuu.

Mrimile prin intermediul crora se realizeaz reglajul sunt: tensiunea de excitaie respectiv fluxul de excitaie a motorului de curent continuu. Sistemul de reglaj are n componen un regulator de vitez i un regulator de curent (al curentului ) care va determina unghiul de comand al redresorului.

3. Montajul experimental Legend: CONV. I Surs de curent continuu reglabil (110 V, -0.9 - +0.9 A). AT Autotransformator trifazat (220 V, 18 A). RdTP punte redresoare trifazat.

5

A, A, A Ampermetre 0-20 A. V Voltmetru 0-250 Vcc. V Voltmetru 0-250 Vcc. V Voltmetru 0-250 V~. R Reostat 30 . R Reostat 0-29 . K Comutator basculant. K Comutator tripolar. Date de catalog:

MCC Motor de curent continuu MI Motor asincron cu inele P 2.2 P 1.5 U 110 U 220/380~ I 24.5 I 8/4.6~ U 110 n 900 I 0.9 r 0.3

n 1500 I 18.5~ R 0.3 n 1000 turaia de sincronism

Fig. 3.1. Montajul experimental.

4. Mersul lucrrii

1. Se realizeaz montajul din figura 3.1. 2. Se alimenteaz excitaia Mcc cu I 0.9. 3. Se ajusteaz R 15. 4. Se alimenteaz AT, se mrete constant U pn la 220 V, se nchide K, i se

pornete motorul asincron. Se aduce R 0.

6

5. Se citesc valorile din tabel pentru mers n gol, (K deschis), apoi se nchide K i se realizeaz msurtori pentru diferii cureni de sarcin I (cel puin dou valori). Rezultatele se trec n tabel.

6. Se repet punctul 5 considernd U 175 i U 145. Rezultatele se trec n tabel.

7. Se repet punctele 5-6 considernd R 4, R 8 i R 15 la o tensiune U 220. Rezultatele se trec n tabel.

8. Se ridic caracteristicile mecanice fM pentru urmtoarele cazuri: a. La variaia rezistenei rotorice R i U . b. La variaia tensiunii de alimentare U i R .

9. Relaii de calcul:

3

Nr. crt.

U [V]

I [A]

U [V]

I [A]

n [rpm]

U[V]

I[A]

R[]

[W]

[W]

[W]

[rad/s]

s

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27