Motoare asincroneMainile electrice asincrone sunt cele mai utilizate maini n acionrile cu maini de curent alternativ. S-au dat mai multe definiii n ceea ce privete maina electric asincron. Dou dintre cele mai folosite definiii din domeniul acionrilor electrice sunt: 1.O main asincron este o main de curent alternativ pentru care viteza n sarcin i frecvena reelei la care este legat nu sunt ntr-un raport constant. 2.O main este asincron dac circuitului magnetic i sunt asociate dou sau mai multe circuite ce se deplaseaz unul n raport cu cellalt i n care energia este transferat de la partea fix la partea mobil sau invers prin fenomenul induciei electromagnetice. O caracteristic a mainilor asincrone este faptul c viteza de rotaie este puin diferit de viteza cmpului nvrtitor, de unde i numele de asincrone. Ele pot funciona n regim de generator (mai puin rspndit) sau de motor. Cea mai larg utilizare o au ca motoare electrice (n curent trifazat), fiind preferate fa de celelalte tipuri de motoare prin construcia mai simpl (deci i mai ieftin), extinderea reelelor de alimentare trifazate i prin sigurana n exploatare. La aceste motoare, viteza scade puin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor mecanic se numete caracteristic tip derivaie. Motoarele asincrone se folosesc n acionrile n care se cere ca turaia s nu varieze cu sarcina: maini-unelte obinuite, ventilatoare, unele maini de ridicat, ascensoare, etc.

Capitolul IIIMetode de pornire a motoarelor asincrone trifazate cu rotorul nscurtcircuit : P o r n i r e a m o t o r u l u i a s i n c r o n t r i f a z a t r ep r e z i n t p r o c e s u l d e c o n ec t a r e a a c e s t u i a l a r e e a u a t r i f a z a t d e a l i m en t a r e i c r e t e r ea t u r a i ei s a l e p n l a v a l o a r ea n o m i n a l , corespunztoare sarcinii nominale la arborele acestuia.Principalii parametrii care definesc procesul pornirii sunt :- cuplul dezvoltat i curentul absorbit n momentul pornirii,- durata procesului de pornire,- pierderile de energie n nfurri, ct i nclzirea acestora, -variaia cuplului i a curentului pe durata pornirii.Prin cuplarea nfurrii statorice la reeaua de alimentare, rotorul fiind imobil, curentulstatoric absorbit la pornire are valori mari I = (5 8) I , iar cuplul de pornire v-a avea valorimici. La motoarele asincrone normale, alunecarea critic s corespunztoare cuplului maxi mM este de (520) %, iar alunecarea nominal s de (16) %.Din acest motiv cuplul de pornire, la s = 1, este mic n comparaie cu cuplul maxim.Cuplul de pornire variaz ntre (10.40)% din cuplul maxim M , respectiv ( 25.65) % dincuplul nominal M .Astfel, rezult c la pornire, trebuie luate msuri de limitare a curentului de pornire I( lucru impus de reeaua de alimentare a furnizorului de energie electric ) i de asigurare aunui cuplu de pornire corespunztor (impus de maina antrenat ).Motoarele cu puteri nominale mai mici de 10 kW, pot porni prin cuplarea direct lareeaua de alimentare. n acest caz , curentul absorbit la pornire are valori mai mari dectcurentul nominal , dar suficient de mici ca s nu perturbe funcionarea altor consumatoriracordai la aceiai reea. Cuplul electromagnetic dezvoltat de motor la pornirea direct estecomparabil cu cuplul nominal.12 n cazul motoarelor asincrone trifazate cu rotorul n scurtcircuit ce au puteri mai mari de1 0 k W, c u p l u l d ez v o l t a t l a p o r n i r e e s t e m i c d a t o r i t r e z i s t en ei r o t o r i c e m i c i ( r es p e c t i v alunecrii critice s reduse ), iar curentul absorbit al valori ridicate, producnd

1

cderi mari det en s i u n e n r e e a u a d e a l i m en t a r e, l u c r u c e p r o v o a c p er t u r b r i n f u n c i o n a r ea a l t o r consumatori. n consecin se impune luarea de msuri pentru mrirea cuplului de pornire i alimitrii curentului de pornire.Pentru mrirea cuplului de pornire se construiesc motoare cu rotoare de construciespecial, respectiv rotoare cu bare nalte sau cele cu dubl colivie.Pentru limitarea curentului absorbit se utilizeaz metode de reducere a tensiunii dealimentare. n acest scop se pot utiliza patru metode :- pornirea cu comutatore stea-triunghi,- pornirea cu autotransformatoare,- pornirea prin mrirea impedanei circuitului statoric ( introducerea unor rezistenenseriate cu nfurrile statorice ),- pornirea cu ajutorul variatoarelor de tensiune ( starterelor electronice de putere ). 3.1. Pornirea direct a motorului asincron trifazat cu rotor n scc. : Pentru pornirea direct a motorului asincron cu rotor n scc., se cupleaz manual sauautomat la reea nfurarea statoric, care poate avea conexiune stea (Y) sau triunghi ().Acest procedeu este larg rspndit n cazul motoarelor de putere nominal P relativ mic nraport cu puterea instalat a reelei, timpul de pornire fiind redus ( cteva secunde ). Sensuld e r o t a i e a l m o t o r u l u i a s i n c r o n c u r o t o r n s c c . es t e d a t d e s e n s u l d e r o t a i e a l c m p u l u i magnetic nvrtitor, care la rndul su este determinat de succesiunea fazelor statorice. Pentrui n v er s a r ea s en s u l u i d e r o t a i e e s t e d e c i s u f i c i en t s i n v e r s m n t r e e l e o r i c a r e d o u f a z e statorice. Acest lucru se poate realiza n dou moduri :manual, cu ajutorul reversoarelor de sens ( conform figurii 3.1.) i, - automat , cu ajutorul contactoarelor, ( conform figurii 3.2.), n care se utilizeazdou contactoare, cte unul pentru fiecare sens de rotaie.13

Figura 3.1. Pornire cu reversare de sens manual. Figura 3.2. Pornire cudou contactoare.n figura 3.1. motorul asincron trifazat cu rotorul n scc. are prevzut n circuitul de forcte o siguran fuzibil e 1 pe fiecare faz de alimentare care vor proteja motorul la defectede scurtcircuit i un comutator manual tripolar cu trei poziii ce este acionat manual. Iniial,nainte de pornirea motorului, comutatorul manual este pe poziia notat cu O , iar pentru pornirea direct a acestuia ntr-un sens de rotaie, se manevreaz comutatorul manual n poziia notat cu 1 . Astfel motorul v-a porni direct de la reeaua de alimentare n primulsens de rotaie. Pentru schimbarea sensului de rotaie, comutatorul-inversor tripolar manual sea d u c e p e poziia iniial notat cu 0 , apoi se comut pe poziia notat cu 2 , i a r motorul v-a ncepe s se roteasc n cellalt sens, realizndu-se reversarea micrii de rotaiea m o t o r u l u i , p r i n s c h i m b a r ea s u c c es i u n i i f a z e l o r R i S n t r e el e . S e f a c e m en i u n ea c trecerea de la un sens de rotaie la altul se face numai prin trecerea comutatorului-inversor tripolar manual prin poziia 0, ce echivaleaz cu deconectarea motorului de la reeaua dealimentare, evitnd scurtcircuitul dintre faze. n figura 3.2. se prezint schema de for i de comand prin folosirea a d o u c o n t a c t o a r e , c t e u n u l p en t r u f i e c a r e s e n s d e r o t a i e, p o r n i r ea f c n d u-se cu ajutorul butoanelor de comand de la distan. Astfel cu ajutorul butonului de pornire b 2

1 sealimenteaz bobina contactorului C 1 cu tensiunea de comand de 220 V, ce este tensiunea defaz i care este distribuit prin lanul : faza T, sigurana fuzibil e 3 , contactul n.. al releuluitermic e 2 , butonul de oprire n.. b 3 , contactul n.d. de automeninere c 1 2 care se v-a nchideo d a t c u a p s a r e a b u t o n u l u i n . d . b 1, b o b i n a d e c o m a n d C 1 a contactorului C 1 1 care pornete motorul ntr-un sens, contactul n.. C 2 3 al contactorului C 2 1 i n final se nchide prin nulul de lucru al reelei O.Astfel are loc pornirea n primul sens de rotaie a motoruluiasincron cu rotor n scurtcircuit.14

3

4

i n acest caz, conform schemei de for n alimentarea motorului avem prevzute pefiecare faz cte o siguran fuzibil e 1 pentru protecia la scurtcircuite, dar n plus pentru protecia motorului la suprasarcini se prevede i cte un releu termic pe fiecare faz dealimentare. ntreaga schem , att cea de for ct i cea de comand se alimenteaz de lareea prin nchiderea separatorului general de reea a .n regim normal de funcionare contactul releului termic e 2 este n.. astfel se asigurnchiderea circuitului de comand, lamelele termobimetalice ale releului termic nefiinddeformate ( dilatate ).P o r n i r e a n c e l l a l t s en s d e r o t a i e n m o d a c c i d e n t a l n u s e p o a t e r e a l i z a d a t o r i t contactului C 1 5

3 al contactorului C 1 1, c a r e s e d es c h i d e o d a t c u ex c i t a r e a b o b i n e i C 1 , apsarea butonului b 2 neavnd nici un efect. Pentru inversarea sensului de rotaie estenecesar mai nti oprirea motorului prin apsarea butonului b 3 , astfel nct se ntrerupealimentarea bobinei contactorului C 1 1 i se nchide contactul c1 3 . Prin aceasta, la apsarea butonului b 2 se asigur alimentarea bobinei contactorului C 2, care prin nchid e r e a contactelor C 2 1 realizeaz alimentarea motorului cu dou faze inversate. Se nchide , dea s e m en ea contactul C 2 2 d e a u t o m e n i n er e a r o t a i e i n s e n s i n v e r s i d u p e l i b e r a r e a butonului b 2 , iar prin deschiderea contactului de interblocare C 2 3 se elimin efectulapsrii butonului b 1 .Contactele auxiliare n.. C 1 3 i C 2 3 , asigur interblocarea contactoarelor C 1 1 i C 2 1 pentru evitarea comandrii simultane a acestora, fapt ce ar determina punerea n scurtcircuita dou faze.Schema din figura 3.1. care folosete un comutator - inversor tripolar se utilizeaz pentru motoarele de puteri mici i la frecvene reduse de comand, fa de schema din figura3.2. care are avantajul acionrii sau comenzii de la distan cnd pornirea-oprirea motoruluitrebuie realizat frecvent sau din mai multe locuri. Printre dezavantajele metodei de

6

porniredirect putem enumera :- C u r e n t u l d e p o r n i r e e s t e r e l a t i v e m a r e , f i i n d l i m i t a t n u m a i d e i m p e d a n a d e scurtcircuit a motorului.Valoare ridicat a acestui curent determin cderi de tensiune mari nreeaua de alimentare, perturbnd pe ceilali consumatori.- Cuplul de pornire este relative mic,- ocurile de curent din momentul pornirii solicit suplimentar nfurrile motorului,dar i reeaua de alimentare,- Eforturile electrodinamice din circuitele motorului sunt mari, fiind proporionale cu ptratul valorii curentului de pornire.Pentru micorarea curentului de pornire, la motoarele asincrone cu rotor n scurtcircuit,se reduce tensiunea lor de alimentare , procedeul aplicndu-se n cazul motoarelor care pornesc n gol sau cu sarcini reduse, deoarece cuplul de pornire scade mult, reducndu-se cu ptratul tensiunii aplicate.n figura 3.3. ce urmeaz, se prezint o variant nbuntit a schemei prezentate nfigura 3.2. artate mai sus, unde s-a prevzut pe partea de for pe lng siguranele fuzibile e 1 , ntreruptorul general K , cele dou contactoare C 1 i C2 care fac reversarea de sens i blocul de relee termice e 3 , nc o protecie a motorului ce se realizeaz cu relee maximalede curent e 2 , montate pe fiecare faz i care au n schema de comand prevzut un contactn.. e2 nseriat cu contactul n.. e3 al blocului de relee termice. Schema de comand sea l i m en t ea z l a t e n s i u n e a d e f a z ( 2 2 0 V ) , n t r e f a z a T i n u l u l d e l u c r u N a l e r e e l e i electrice de distribuie.15

7

Figura 3.3. Schema de for i de comand pentru pornirea direct cu reversarea sensului derotaie la motorul asincron trifazat cu rotorul n scurtcircuit.i aici se poate observa c cele dou bobine C 1 i C 2 se pun sub tensiune pe rnd prinapsarea butoanelor de pornire direct b1 , respectiv butonul b2 de pornire invers, prevzuteambele cu contactele n.d. de automeninere, neexistnd posibilitatea ca n mod accidental sfie acionate ambele contactoare datorit contactelor n.. c 2 i c1 nseriate cu bobinele decomand C 1 i C 2 . Oprirea motorului se poate face voit prin acionarea butonului de oprire b3 , sau cu ajutorul proteciilor (termic i maximala de curent) care i deschid contactelen . . n seriate cu butonul de oprire, atunci cnd apare vreun defect ( supr a s a r c i n i s a u scurtcircuite ), protejnd astfel motorul. Notaiile din figura 3.3 au urmtoarea

8

semnificaie :- R,S,T, - reeaua trifazat de tensiuni alternative sinusoidale,- N nulul de lucru al reelei de alimentare, e1 - sigurane fuzibile de for,- K separator / ntreruptor general de reea, -C1 i C2 - contactoare pentru mers direct, respectiv n sens invers, e 2 - relee maximale de curent, e 3 - bloc de relee termice, e 4 - siguran de comand,- C 1 i C 2 - bobinele celor dou contactoare, c 1 i c 2 - contactele auxiliare ale celor dou contactoare principale, b 1 buton de pornire n sens direct, b 2buton de pornire n sens invers, b 3buton oprire, -

9

e 3contact releu termic, e 2 contact releu maximal. 3.2. Pornirea indirect a motorului asincron trifazat cu rotor n scc. : Se impune la motoarele de puteri mari , la care ocul de curent de pornire este mare. ntoate cazurile prezentate mai jos se urmrete reducerea tensiunii de alimentare a motoruluin perioada de pornire a acestuia, apoi creterea progresiv sau n trepte a acesteia pn lavaloarea nominal.Creterea n trepte a tensiunii se poate obine prin conectarea stea triunghi (Y- ) a nfurrilor statorice sau alimentarea de la un transformator cu prize intermediare.C r e t e r e a p r o gr e s i v a t e n s i u n i i d e a l i m en t a r e a m o t o r u l u i s e p o a t e o b i n e p r i n alimentarea acestuia de la un autotransformator sau variator de tensiune alternativ. 3.2.1.Pornirea stea - triunghi (Y- ) : - metoda se poate aplica numai la motoareleelectrice proiectate s funcioneze cu nfurrile statorice legate n ( dimensionate pentruacest mod de legare ), care funcioneaz n aceast conexiune n regim normal de funcionare.La pornire, statorul se conecteaz n conexiune stea ( Y ) iar apoi, dup ce motorul se apropiede turaia nominal, se schimb conexiunea statorului motorului n triunghi ( ).Aceast operaie se poate efectua manual de ctre personalul de exploatare sau automatizat cuajutorul unui releu de timp care poate fi reglat dinainte.Figura 3.4.ConexiunileY-unde : l U - tensiunea de linie, f U - tensiunea de faz, cea pe nfurrile motorului, f I - curentul de faz, ce trece prin nfurri, Pentru conexiunea stea ( Y ), putem scrie :17

3

10

l U f l f U I I == Pentru conexiunea triunghi ( ), putem scrie : l f l f UU I I == 3 Din compararea curenilor de linie absorbii pentru cele dou tipuri de conexiuni, seobine relaia : 31*3*31**31*3 ==== ll f f f f ll UUU Z ZU I I I I unde : Z impedana nfurrilor.Se constat c curentul absorbit este de trei ori mai mic la conexiunea stea ( Y ), dectl a c o n ex i u n ea t r i u n g h i ( ) . D ec i r a p o r t u l c u r e n i l o r a b s o r b i i n c a z u l p o r n i r i i n s t e a , respectiv n triunghi este de 1/ 3. Deci reducerea tensiunii de faz de alimentare a motoruluin raportul 1/ 3, determin reducerea curentului de trei ori la pornirea n stea , fa de pornirea direct n triunghi. Principalul dezavantaj al acestei metode const n faptul cvaloarea cuplului de pornire scade tot de tri ori : Curbele de variaie ale curenilor i cuplurilor la pornirea stea - triunghi se redau mai josn figura 3.5. :Figura 3.5. Curbele de variaie ale curentului i cuplului.18

11

12

13

14

15

16

Metoda de pornire stea - triunghi, ofer avantajul c permite reducerea tensiunii i nt i m p u l funcionrii la sarcini reduse ( mai mici de 1/3 d i n v a l o a r e a n o m i n a l ) , mbuntindu-se factorul de putere i randamentul. Se observ c valorile efective alec u r e n i l o r d e l i n i e a b s o r b i i d e m o t o r l a c o n e x i u n e a s t e a s u n t d e t r ei o r i m a i m i c i d ec t curenii de linie absorbii de motor la conexiunea triunghi. Cu micorarea tensiunii dealimentare de 3 ori, se v-a micora i cuplul de pornire de 3 ori, ceea ce face ca motorul snu poat porni dect cu sarcin redus. Dup ce turaia motorului a ajuns apropiat deturaia nominal , comutatorul care iniial era pe poziia stea, este trecut pe poziia triunghi,realiznd conexiunea triunghi a nfurrii statorice. Motorul este

17

alimentat n continuare latensiunea de linie a reelei i funcioneaz pe caracteristica mecanic natural. Rezult caceast metod de pornire se aplic motoarelor cu porniri uoare, i care au tensiuneanominal egal cu tensiunea de linie a reelei i totodat s aib acces la ambele capete ale bobinelor statorice ( ase borne statorice pe cutia de borne ).Pornirea se poate realiza manual sau automat. La pornirea manual se folosete unc o m u t a t o r s t e a - t r i u n gh i c e a r e p o z i i i l e: Y ; . ( f i gu r a 3 . 6 . ) , i a r a u t o m a t s e u t i l i z e a z contactoare i un releu de timp (conform figurii 3.7.)19

Figura 3.6.Pornirea cu comutator manual.nfurrile statorice ale motorului asincron trifazat cu rotor n scc. sunt : AX; BY i CZ.La pornire comutatorul C se pune pe poziia 1(Y), iar apoi dup ce motorul se accelereaz secomut pe poziia 2 ( ).P o r n i r ea s a u o p r i r e a m o t o r u l u i s e r ea l i z e a z p r i n n t r er u p t o r u l a c e a r e c o m a n d manual. Aceast metod se folosete la puteri mai mici i la frecvene reduse de porniri-opriri. Siguranele fuzibile e protejeaz motorul la defecte de scurtcircuite.n figura 3.7. se red schema de comand i for pentru pornirea steatriunghi unuimotor asincron trifazat cu rotor n scc. cu contactoare de c.a. i cu temporizare la acionare : Figura 3.7. unde am notat :F 1 ,F 2 ,F 3 ,F 5 - sigurane fuzibile ;20

18

F 4 - releu termobimetalic ;K 1 ,K 2 ,K 3 - contactoare electromagnetice ;K 4 T releu de timp cu temporizare la acionare ;S 1 ,S 2 - butoane de acionare ;M motor asincron trifazat cu rotor n scc.Pentru pornire se acioneaz butonul S 2

19

care alimenteaz bobina contactorului K 2 daccontactul normal nchis de interblocare K 3 ( 3-5 ) nu este deschis. Deci, dac conexiuneatriunghi nu este realizat, K prin contactele sale principale realizeaz conexiunea stea i apoi prin K 1 ( 14-16 ) alimenteaz bobina contactorului principal K 1 ( 0-1 ) care se automenine prin contactul K 1 ( 14-16 ). Odat cu alimentarea bobinei K 2 este alimentat i bobina releuluide timp K 4 T ( 0-1 ) care i v-a ncepe temporizarea. Dup trecerea timpului prestabilit,releul K 4 T i deschide contactul normal nchis cu temporizare la acionare K 4 T ( 3 - 5 ) deconectnd contactorul K 2 i readucnd n poziia nchis contactul K 2 ( 3-5 ). n acestmoment se realizeaz conexiunea triunghi prin contactele principale ale contactorului K 3 .Motorul rmne astfel alimentat n regim de durat n conexiune triunghi. Pentru oprire seacioneaz butonul de oprire S 1 care ntrerupe alimentarea schemei de comand i aduce lastarea iniial instalaia. 3.2.2. Pornirea cu autotransformator : este soluia optim din punct de vedereenergetic, dar implic costuri mai mari, de aceea ea se justific n cazul motoarelor de puteremare ( respectiv tensiuni de 6kV i 10 kV ) i cu porniri rare. Metoda permite reglareacontinu a tensiunii motorului i controlul accelerrii micrii acestuia. Deplasarea cursoruluiautotransformatorului, se face pentru instalaiile industriale, cu ajutorul unui servomotor.Prizele autotransformatorului, cobortor de tensiune, se aleg astfel nct s se obin ovaloare prestabilit a curentului i cuplului de pornire. n continuare , dup turarea motorului,se ridic valoarea tensiunii de alimentare pn se ajunge la valoarea nominal. Deoarecetensiunea de alimentare este sczut, curentul i cuplul de pornire variind ptratic cu tensiunead e a l i m en t a r e a m o t o r u l u i , v o r a v e a v a l o r i l e d e ( 0. 2 5 - 0. 4 5 ) d i n v a l o r i l e n o m i n a l e respective. Autotransformatorul este introdus n circuitul de alimentare al statorului, fiindmontat ntr-o cuv cu ulei, tensiunea de alimentare variind n mai multe trepte de la 0 la U ,iar la final autotransformatorul se scurtcircuiteaz, motorul ajungnd s fie alimentat directde la reea.n figura 3.8. se red schema de pornire cu autotransformator, motorul fiind protejat iaici ca i n figura anterioar cu un releu bimetalic F 4 la suprasarcin i cu siguranefuzibile la scurtcircuite :21

20

21