PROIECTMOTORUL

ASINCRON

SAVA GEORGE

1

Cuprins :

1. Principiul de functionare al motoarelor electrice- pag. 3-7

2. Clasificarea motoarelor electrice- pag.8-9

3. Partile componente ale motoarelor electrice asincrone- pag. 10-11

4. Caracteristica mecanica naturala a motorului asincron- pag.12-13

5. Regimurile de functionare a motoarelor asincrone- pag. 14-15

6. bilantul de putere, randamentul si factorul de putere amotoarelor asincrone- pag. 16

7. Metode de pornire a motoarelor asincrone- pag.17-248. Utilizari – pag.24

9. Concluzii – pag.25

10. Bibliogafie – pag.26

2

capitolul IPrincipiul de functionare al motoarelor electrice

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă

energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în

energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu

semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini

ambele roluri în situații diferite.

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce

acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există

însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.

Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ functionează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inductie bifazat, punând bazele masinilor electrice ce functionează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea si transmisia eficientă la distantă a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revolutie industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veverită.

Motorul de inductie trifazat

Motorul de inductie trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în actionările electrice de puteri medii si mari. Statorul motorului de inductie este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată înfăsurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura feromagnetică rotorică în care este plasată înfăsurarea rotorică. După tipul înfăsurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

rotor în colivie de veverită (în scurtcircuit) - înfăsurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.

rotor bobinat - capetele înfăsurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

3

Prin intermediul inductiei electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfăsurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfăsurare si asupra acestei înfăsurări actionează o fortă electromagnetică ce pune rotorul în miscare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numeste asincron pentru că turatia rotorului este întotdeauna mai mică decât turatia câmpului magnetic învârtitor, denumită si turatie de sincronism. Dacă turatia rotorului ar fi egală cu turatia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inductie electromagnetică, nu s-ar mai induce curenti în rotor si motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turatia motorului se calculează în functie alunecarea rotorului fată de turatia de sincronism, care este cunoscută, fiind determinată de sistemul trifazat de curenti.

4

Alunecarea este egală cu: , unde

n1 este turatia de sincronism si

n2 este turatia rotorului.

, unde

f este frecventa tensiunii de alimentare si

p este numărul de perechi de poli ai înfăsurării statorice.

Turatia masinii, în functie de turatia câmpului magnetic învârtitor si în functie de

alunecare este: .

Se observă că alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turatia motorului este aproape egală cu turatia câmpului magnetic învârtitor) si este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai mare cu atât curentii indusi în rotor sunt mai intensi. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de inductie de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protectie, în acest caz sistemul de protectie deconectează motorul de la retea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin cresterea rezistentei înfăsurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Cresterea rezitentei rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau conectând initial înfăsurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi - se foloseste doar pentru motoarele destinate să functioneze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfăsurarea statorică. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proportional cu pătratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare masina nu poate porni.

Turatia masinii de inductie se modifică prin modificarea alunecării sale sau prin modificarea turatiei câmpului magnetic învârtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare si din rezistenta înfăsurării rotorice astfel: se creste rezistenta rotorică (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice - doar la motoarele cu rotor bobinat) si se variază tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativă, cicloconvertoare) sau se mentine tensiunea de alimentare si se variază rezistenta din rotor (printr-un reostat variabil). Odată cu cresterea rezistentei rotorice cresc si pierderile din rotor si implicit scade randamentul motorului. O metodă interesantă de reglare a turatiei sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe acelasi ax cu motorul de inductie (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanică).

5

Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată si aplicată motorului de curent continuu astfel încât cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se însumează cuplului dezvoltat de motorul de inductie. Reglarea turatiei motorului de inductie se face prin reglarea curentului prin înfăsurarea de excitatie. În locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare si un transformator de adaptare (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată si prin intermediul invertorului si a transformatorului este reintrodusă în retea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.

Turatia câmpului magnetic învârtitor se poate modifica din frecventa tensiunii de alimentare si din numărul de perechi de poli ai masinii. Numărul de perechi de poli se modifică folosind o înfăsurare specială (înfăsurarea Dahlander) si unul sau mai multe contactoare. Frecventa de alimentare se modifică folosind invertoare. Pentru frecvente mai mici decât frecventa nominală a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odată cu modificarea frecventei se modifică si tensiunea de alimentare păstrând raportul U/f constant. Pentru frecvente mai mari decât frecventa nominală la cresterea frecventei tensiunea de alimentare rămâne constantă si reglarea vitezei se face cu slăbire de câmp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotatie al motorului de inductie se inversează schimbând sensul de rotatie al câmpului învârtitor. Aceasta se realizează schimbând două faze între ele.

Motorul de inductie cu rotorul în colivie este mai ieftin si mai fiabil decât motorul de inductie cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează si necesită întretinere. De asemenea, motorul de inductie cu rotorul in colivie nu are colector si toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă si implicit întretinere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în actionările electrice de viteză variabilă, deoarece turatia motorului se poate modifica foarte usor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere si în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecventă variabilă, tendinta este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inductie cu rotor în colivie.

Prin intermediul inductiei electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfăsurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfăsurare si asupra acestei înfăsurări actionează o fortă electromagnetică ce pune rotorul în miscare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numeste asincron pentru că turatia rotorului este întotdeauna mai mică decât turatia câmpului magnetic învârtitor, denumită si turatie de sincronism. Dacă turatia rotorului ar fi egală cu turatia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inductie electromagnetică, nu s-ar mai induce curenti în rotor si motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

6

Daca alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turatia motorului este aproape egală cu turatia câmpului magnetic învârtitor) si este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai mare cu atât curentii indusi în rotor sunt mai intensi. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de inductie de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protectie, în acest caz sistemul de protectie deconectează motorul de la retea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin cresterea rezistentei înfăsurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Cresterea rezitentei rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau conectând initial înfăsurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi - se foloseste doar pentru motoarele destinate să functioneze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfăsurarea statorică. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proportional cu pătratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare masina nu poate porni.

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicatiile casnice, se poate folosi un motor de inductie monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce câmp magnetic pulsatoriu (fix în spatiu si variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă acesta se roteste într-un sens, atunci asupra lui va actiona un cuplu în sensul său de rotatie. Problema principală o constituie deci, obtinerea unui câmp magnetic învârtitor la pornirea motorului si aceasta se realizează în mai multe moduri.

Prin atasarea pe statorul masinii la un unghi de 90° a unei faze auxiliare înseriată cu un condensator se poate obtine un sistem bifazat de curenti ce produce un câmp magnetic învârtitor. După pornirea motorului se deconectează faza auxiliară printr-un întrerupător centrifugal. Sensul de rotatie al motorului se poate schimba prin mutarea condensatorului din faza auxiliară în faza principală.

În locul fazei auxiliare se poate folosi o spiră în scurtcircuit plasată pe o parte din polul statoric pentru obtinerea câmpului învârtitor. Curentul electric indus în spiră se va opune schimbării fluxului magnetic din înfăsurare, astfel încât amplitudinea câmpului magnetic se deplasează pe suprafata polului creând câmpul magnetic învârtitor.

CAPITOLUL II

CLASIFICAREA MOTOARELOR ELECTRICE

7

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

de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu

care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu

mai multe faze).

Motoare de curent continuu

Funcționează pe baza unui curent ce nu-și schimbă sensul, curent continuu. În funcție de

modul de conectare al înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru

categorii:

1. Cu excitație derivație

2. Cu excitație serie

3. Cu excitație mixtă

4. Cu excitație separată

Motoare de curent alternativ

1. Motoare asincrone

Mașinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate mașini în acționările cu mașini de curent

alternativ. S-au dat mai multe definiții în ceea ce privește mașina electrică asincronă.

Două dintre cele mai folosite definiții din domeniul acționărilor electrice sunt:

O mașină asincronă este o mașină de curent alternativ pentru care viteza în sarcină și

frecvența rețelei la care este legată nu sunt într-un raport constant.

O mașină este asincronă dacă circuitului magnetic îi sunt asociate două sau mai multe

circuite ce se deplasează unul în raport cu celălalt și în care energia este transferată de

la partea fixă la partea mobilă sau invers prin fenomenul inducției electromagnetice.

Caracteristica mașinilor asincrone este faptul că viteza de rotație este puțin diferită de

viteza câmpului învârtitor, de unde și numele de asincrone. Ele pot funcționa în regim de

generator (mai puțin răspândit) sau de motor. Cea mai largă utilizare o au ca motoare electrice

(în curent trifazat), fiind preferate față de celelalte tipuri de motoare prin construcția mai

simplă (deci și mai ieftină), extinderea rețelelor de alimentare trifazate și prin siguranța în

exploatare.

La aceste motoare, viteza scade puțin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor

mecanică se numește caracteristică tip derivație. Motoarele asincrone se folosesc în

acționările în care se cere ca turația să nu varieze cu sarcina: mașini-unelte obișnuite,

ventilatoare, unele mașini de ridicat, ascensoare, etc.

8

Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)

Motoare cu rotorul în scurtcircuit

Motoare de tipuri speciale

Motoare cu bare înalte

Motoare cu dublă colivie Dolivo-Dobrovolski

2. Motoare sincrone

Exemple motoare asincrone

CAPITOLUL IIIPARTILE COMPONENTE ALE MOTOARELOR

ELECTRICE ASINCRONE

9

Constructia masinii asincrone.

       In constructie clasica, masina asincrona se compune dintr-un stator si un rotor concentric cu statorul, dispus in interiorul acestuia.

       Statorul - constituie partea imobila a masinii, fiind format din miezul feromagnetic pe care se dispune o infasurare trifazata. Miezul este asezat intr-o carcasa cu rol de protectie si consolidare.

       Miezul feromagnetic are forma cilindrica si se executa din tole stantate din tabla silicioasa normal aliata, de 0,5 mm grosime (de obicei), laminata la cald sau la rece; tolele sunt izolate intre ele cu o pelicula de lac izolant sau printr-un strat de oxizi ceramici. In tole, spre intrefier, se stanteaza crestaturile, repartizate uniform, in care se aseaza infasurarea. Infasurarea statorica este repartizata si prin intermediul ei masina efectueaza schimbul principal de energie electrica cu reteaua de alimentare. Infasurarea se executa din conductor de Cu izolat sau, la masinile de puteri mici, din conductor de Al, izolat cu email. La masina asincrona trifazata infasurarea statorului se conecteaza in stea sau triunghi. La masinile de puteri mici si mijlocii, infasurarea trifazata are toate capetele infasurarilor de faza scoase la cutia de borne, pentru a face posibila conectarea acestora in stea sau triunghi, dupa necesitati. Fiecare infasurare de faza este bobinata pentru acelasi numar de poli.

       Carcasa - se executa prin turnare, din aluminiu sau fonta, sau prin sudare, din tabla de otel. Carcasa poarta talpile de fixare a masinii, inelul de ridicare, cutia de borne, placuta indicatoare si scuturile frontale. In scuturi se monteaza lagarele pe care se sprijina axul rotorului.

       Rotorul - constituie partea mobila a masinii asincrone si se compune din miezul feromagnetic, de forma cilindrica, la periferia caruia (spre intre-fier), sunt prevazute crestaturile in care se aseaza o infasurare polifazata. Miezul feromagnetic al rotorului se realizeaza din tole, din acelasi material ca si statorul, dar tolele nu se izoleaza intre ele. Pachetul de tole rotorice se consolideaza pe axul masinii.

       Axul se roteste in lagarele montate in scuturi, fiind elementul de transmisie a energiei mecanice intre masina electrica si exterior. Tot pe ax, in majoritatea cazurilor, este fixat si un ventilator, cu rol de racire a masinii. La masinile care permit o legatura galvanica intre infasurarea indusului (rotorul) si un circuit electric exterior, pe ax se monteaza si inelele de contact, pe care calca periile (fixe fata de stator).

       Infasurarea rotorului, la masina asincrona de constructie normala, se realizeaza cu acelasi numar de poli ca infasurarea statorica si se construieste fie ca infasurare trifazata (bobinata), fie ca infasurare polifazata (sub forma de colivie). Infasurarea bobinata se executa din conductor de Cu sau Al izolat, iar infasurarea in colivie (sau in scurtcircuit) din bare de Cu, Al sau alama; colivia din Al se executa prin turnare. Infasurarea in colivie nu este izolata fata de miezul feromagnetic al rotorului. Infasurarile bobinate se executa ca infasurari trifazate si se conecteaza in stea sau triunghi, iar capetele libere ale celor trei infasurari de faza se conecteaza la inelele de contact.

10

       Infasurarile in colivie sunt infasurari polifazate, barele coliviei fiind scurtcircuitate frontal prin inele conductoare.

       Intrefierul - este spatiul liber ramas intre miezul feromagnetic al rotorului si miezul statorului. Largimea intrefierului la masina asincrona este practic constanta (daca neglijam deschiderea crestaturilor) si are o valoare foarte mica (0,1 ¸ 2 mm), in vederea obtinerii unui curent de magnetizare cat mai mic, respectiv a unui factor de putere ridicat.

Capitolul IV

Caracteristica mecanica naturala a motorului asincron.

11

       Pentru studiul calitativ al dependentei cuplului electromagnetic de alunecare, se utilizeaza o expresie a cuplului simplificata, valabila in cazul motoarelor asincrone de putere (formula Kloss):

                                          ,                           ( 1 )    

unde, Mmax reprezinta valoarea maxima a cuplului, iar sm alunecarea corespunzatoare acestui cuplu.

       Functionarea stabila a motorului este posibila numai pe ramura "0 - K" a caracteristicii, deci pentru alunecari cuprinse intre 0 si sm si cupluri cuprinse intre 0 si Mmax.

Figura 1

. a) Caracteristica "cuplu - alunecare" a motorului asincron.

b) Caracteristica mecanica, n = f(M).

       Pe caracteristica sunt evidentiate punctele definitorii pentru functiona-rea unui motor asincron:

-       punctul P, corespunzator pornirii, caracterizat prin alunecarea s = 1, deci n = 0 si cuplul de pornire Mp, a carui expresie se obtine din relatia ( 1 ), pentru s = 1:

-                                     ;                              ( 2 )

-       punctul critic de functionare, K, corespunzator alunecarii sm (numita si alunecare critica) si cuplului maxim, Mmax;

12

-       punctul nominal de functionare, N, caracterizat prin alunecarea nominala, sn si cuplul nominal, Mn;

-       punctul corespunzator mersului in gol ideal, caracterizat prin s = 0, deci n = n1 si M = 0.

       Caracteristica mecanica reprezinta dependenta n = f(M).

       Ecuatia ei se obtine din relatia (1 ), prin inlocuirea alunecarii cu turatia corespunzatoare, conform relatiei de definitie a acesteia. Forma caracteristicii mecanice este reprezentata in figura 1.

       Dependenta n = f(M), obtinuta in cazul alimentarii motorului cu tensiune nominala, la frecventa nominala, circuitele rotorice exterioare avand rezistenta nula (in cazul masinii cu rotorul bobinat), se numeste caracteristica mecanica naturala.

       Caracteristicile obtinute prin modificarea tensiunilor de faza, a frecventei sau rezistentei rotorice exterioare, se numesc caracteristici mecanice artificiale.

CAPITOLUL V

REGIMURILE si ecuatiile DE FUNCTIONARE A MOTOARELOR ASINCRONE

13

Regimurile de functionare a motoarelor asincrone     Analiza regimurilor de functionare ale motoarelor asincrone se face în functie de

turatia relativa n2 a rotorului fata de câmpul învârtitor inductor produs de stator, adica de turatia n2=n1-n.

Regimul 1.  La n E(0;n1), deci D E(0;1) t.e.m. indusa în conductoarele înfasurarii scurtcircuitate a rotorului, e=(vxB)Dl, produce curentul I2, iar fortaDF=I2DlxB, care actioneaza asupra conductoarelor, are tendinta sa accelereze rotorul catre turatia n1 a câmpului învârtitor. În acest caz, masina primeste energie electrica si dezvolta la arbore un cuplu magnetic, functionând în regim de motor.

Regimul 2.  Daca turatia rotorului este n>n1, deci n2<0 si D<0, t.e.m. indusa îsi schimba polaritatea, deci si I2 iar forta DF se opune ccresterii turatiei "n" a rotorului. Deci, pentru mentinerea acestei turatii, trebuie ca masina sa primeasca energie mecanica si da energie electrica, functionând în regim de generator.

Regimul 3.  Când rotorul este rotit în sens opus câmpului învârtitor inductor, deci are fata de acesta turatia n2=n1+n si alunecarea D>1 t.e.m. indusa produce pe I2, iar DF are sens opus fata de n. În acest caz, motorul primeste energie mecanica pe la arbore sa mentina turatia n în sens opus lui DF si energie electrica de la retea, sa aduca rotorul catre turatia de sincronism. Motorul functioneaza în regim de frâna,.

          În exploatarea motoarelor electrice sunt întâlnite toate regimurile de functionare mentionate, dar regimul de baza este de motor.

Ecuatiile de functionare

        Ecuatiile se stabilesc pentru marimile de faza din stator (primar) si din rotor

(secundar). Ca si la transformator, în afara fluxului util care este comun celor doua înfasurari

exista si fluxuri de dispersie sau de scapare.

          Luând aceleasi sensuri de referinta pentru curenti:

-         primar - I1

-         secundar - I2

ca si la transformator, ecuatiile tensiunilor pentru doua faze omologate se deduc ca si

ecuatiile transformatorului, având aceeasi forma, cu deosebirea ca U2=0, înfasurarea

secundara (rotorica) fiind în scurtcircuit (Rp=0) :

U1=R1I1+jx01I1-E1=Z1I1-E1

0=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2

Daca ecuatiile:

(D) U1=R1I1+jx01I1-E1=Z1I1-E1

(E) 0=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2 si

(F) -U2=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2

sunt formal asemenea, ca fond difera mult. Astfel, câmpul învârtitor de la motorul

asincron are fata de înfasurarea rotorica pulsatia W2=pW2.

14

          Totodata, având în vedere conventia de sume facuta pentru t.e.m. indusa de

fluxurile utile în cele doua înfasurari la masina asincrona, t.e.m., E1 si E2 au valorile:

(G) E1=-jw1/Ö2.w1kw1f=-jpÖ2¦1w1kw1f

(H) E2D=-jw2/Ö2.w2kw2f=-jpÖ2¦2w2kw2f=DE2 unde,

kw1 si kw2 sunt factorii de înfasurare care tin seama de modul de repartitie a

înfasurarilor în crestaturi, w2=sw1, în baza relatiei (C) iar E2 este t.e.m. când n=0, D=1

si¦2=¦1 (rotor calat)

          Daca relatiile (D) si (E) se înlocuieste E2D=DE2 din (F) si

x02D=w2L02=Dw1L02=Dx02, apoi se împarte cu D¹0, se obtine:

(I)               0=(R2/D)I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2

          Aceasta relatie corespunde unui rotor echivalent si conduce la un motor

echivalent la care tensiunile si curentii  din stator si rotor au aceeasi frecventa ca la

transformator, dar apare rezistenta rotorului variabila cu alunecarea s definita din relatia (C) si

care se va lua ca parametru. Daca relatia (I) este pentru un motor trifazat ca si statorul si se

înmulteste cu raportul t.e.m. scos din relatiile (H) si (G), pentru s=1:

(J) E1/E2=(w1kw1/w2kw2)=kI

se obtine ecuatia rotorului:

(K) U1=R1J1+jx01I1-E1=Z1J1-E1

(L) 0=R¢2/2.I2+jx¢02I¢2+E1=Z¢2I¢2+E1

în care marimile raportate au, ca si la transformator, valorile:

R¢2=K2iR2

X¢02=K2iX02

I¢2=I2/K1

E1=K1E2

Z¢2=K2iZ2

capitolul vibilantul de putere, randamentul si

factorul de putere amotoarelor asincrone        Puterea activa absorbita de motorul asincron trifazat de la retea este:

P1=3U¦I¦cosj=Ö3U1cosj

          Facând bilantul puterilor active, se obtine ca si la transformator pentru motorul

monfazat.

P1=3(R1I21+(R¢2/s).I¢2

2+R1mI210a)=

15

=3(R1I21+R¢2I¢2

2+(1-s)/sR¢2I¢22+R1mI2

10a=

=Pw1+Pw2+PFe+(1-s)/s.Pw2

          Puterea transmisa rotorului prin inductie, numita putere electromagnetica, se

poate face astfel:

Pe=P1-Pw1-PFe1=Pw2+(1-s)/s.Pw2=Pw2/s=(3R¢2I¢22)/s

Iar puterea mecanica transmisa rotorului:

Pmec=Pe-Pw2=Pw2/s-Pw2=(1/s-1)Pw2

          Scazând pierderile de frecare si ventilatie P¦v a elementelor în miscare se obtine,

puterea utila la arbore:

Pu=Pmec-P¦v=P2

Daca se iau în vedere relatiile:

P1=3U¦I¦cosj=Ö3UIcosj si PU=Pmec-P¦v=P2

Se reprezinta schema bilantului de puteri si se deduce expresia randamentului

motorului asincron trifazat:

h=P2/P1=(Ö3UIcosj-(PW1+PW2+PFe+P¦V)/Ö3UIcosj

          Facând bilantul puterilor reactive, ca si la transformator se obtin:

Q1=3U¦I¦sinj=3(x01I21+x02I¢2

2+x1mI21n)=Q01+Q02+Qn1

Unde puterile reactive necesare crearii câmpurilor de dispersie Q01 si Q02 sunt

neglijabile fata de puterea Qn-3x1mI21n necesara mentinerii câmpului magnetic principal care

este practic constant de la functionarea în gol la sarcina.

          Ca surse de putere reactiva se pot utiliza baterii de condesatoare sau motoare

sincrone, iar motorul primeste de la retea numai puterea activa.

CAPITOLUL VIi

METODE DE PORNIRE A MOTOARELOR ASINCRONE

  Alegerea procedeelor de pornire a motoarelor  asincrone trebuie sa se faca lundu-se in consideratie atat cerintele sistemului de actionare electric cat si pe cele ale retelelor  de distributie a energiei electrice. Astfel, cuplul de pornire al motorului trebuie sa fie mai mare decat cuplul static al mecanismului de antrenat, iar in timpul pornirii sa se asigure accelerarea rapida a mecanismului de antrenat, fara socuri dinamice periculoase , mai ales, elementelor

16

transmisiei. Curentul de pornire sa nu conduca la caderi de tensiune, care sa duca la perturbari in functionarea celorlalte receptoare cuplate la aceeasi retea si totodata curentii de pornire san u conduca la solicitari termice daunatoare, mai ales izolatiei infasurarilor.

    Alegerea tipului de motor facandu-se in functie de cerintele schemei de actionare in care intra motorul ca element , metodele de pornire ale motoarelor asincrone se aleg in functie de tipul constructive al rotorului si de parametrii retelei de alimentare.

.Pornirea motoarelor asincrone cu rotorul in scurtcircuit            

   Pornirea motorului asincron si a oricarui motor,este in  general, legata de valoarea 515w 2215f cuplului de pornire si a socului de current la pornire. Pentru ca rotorul sa se poata accelera trebuie ca motorul sa dezvolte un cuplu mai mare decat cuplul rezistent   produs de masina de lucru actionata si de frecari. Diferenta dintre cuplul motorului si cupul rezistent in decursul procesului tranzitoriu de pornire,  determina si timpul total de pornire, care poate influenta sensibil productivitatea masinilor de lucru.

    Marimea curentului de pornire absorbit de la reteaua de alimentare este limitata de unele conditii impuse de insasi reteaua electrica sau de motor. Valoarea instantanee a curentului statoric poate atinge de 10-14 ori valoarea curentului nominal. Pe masura ce motorul accelereaza si alunecarea scade, scade si curentul absorbit de la retea pana la limitele impuse de cuplul rezistent stationar. In cazul unor motoare puternice si al unor retele slabe, se impune micsorarea curentului de pornire.

    Alegerea procedeului de pornire a motoarelor asincrone trebuie sa aiba loc cu respectarea anumitor factori, printre care, unii legati de cerintele sistemului de actionare electrica , iar altii de necesitatiile retelelor de distributie a energiei electrice. Se prefera o pornire lina, fara socuri dinamice periculoase , mai ales a elementelor transmisiei. Curentul de pornire nu trebuie sa conduca la suprasolicitari termice, daunatoare mai ales izolatiei infasurarilor . Cuplul electromagnetic al motorului este necesar sa asigure accelerarea rapida a sistemului de actionare.

Pornirea motoarelor cu rotorul in colivie. Conectarea direct de la retea.

      Motoarele asincrone cu rotorul in colivie pot fi puse in functiune fara nici un dispozitiv special , prin simpla aplicare a tensiunii la infasurarea statorica..Curentul initial de pornire coincide cu curentul de scurtcircuit

                                             Ip =

curent a carui valoare este de patru pana la sapte ori curentul nominal. Zk  este impedanta de scurtcircuit ( s = 1 ).

    Curentul mare preluat de la retea , desi nu reprezinta un pericol direct pentru motor din cauza duratei de pornire relative scurte , produce importante caderi de tensiune in reteaua de alimentare , caderi care pot deranja alti consumatori si mai ales iluminatul electric din retelele mixte de conectare si masurare.

17

    Pornirea prin cuplarea directa la retea este rapida si cu socuri dinamice ridicate in elementele cinematice ale transmisiei. Din aceasta cauza , motoarele cu rotorul in colivie au limitate ca valoare atat cuplurile de pornira Mp , cat si cuplurile maxime.

    Efectele dezavantajelor aratate mai sus si care insotesc pornirea sunt limitate prin norme si standarde. Astfel STAS 1764-70 limiteaza pentru motoarele cu puteri de la 0,06 kW pana la 132 kW curentii de pornire la valori Ip < (4-7,5) In, cuplurile de pornire Mp = (1,2-2,2) Mn si capacitatea de supraincarcare Km =(1,9 - 2,4). Aceste valori depind de puterea motorului cat si de turatia lui.

    Datorita cresterii puterii retelelor de alimentare , metoda cuplarii directe la retea a motorului asincron cu rotorul in colivie a luat o larga raspandire , atat in retelele de joasa , cat si in cele  cu tensiuni pana la 10 kv.

    Pentru a raspunde la intrebarea daca este posibila sau nu conectarea directa a unui motor , practica a aratat ca pentru o pornire normala trebuie indeplinita conditia

            <    +     .

    Pornirea prin reducerea tensiunii de alimentare are ca scop reducerea curentului de pornire . Dar trebuie avut in vedere ca prin reducerea tensiunii de alimentare se reduce si cuplul care este proportional cu patratul tensiunii aplicate. Reducerea tensiunii se poate face prin pornirea motoarelor in stea daca tensiunea nominala a retelei este pentru triunghi , prin introducerea in circuitul de alimentare autotransformator sau a unor impedante.

    Procedeele de pornire a motoarelor asincrone difera dupa tipul constructiv al rotorului: in scurcircuit sau bobinat. In alegerea unuia sau alteia dintre metodele de pornire , vom avea in vedere si considerentele de ordin economic.

    Pornirea directa a motoarelor in scurtcircuit se  intalneste la actionarea unor masini unelte simple: ventilatoare, polizoare. Acest procedeu de pornire conduce la schemele cele mai simple si mai sigure in exploatare, ele constand in aplicarea simultana in stator a tensiunilor nominale de faza. Curentul de pornire  Ip coincide cu curentul de scurtcircuit la tensiunea nominala, fiind  relativ ridicat. La motoarele cu colivie simpla, de puteri nominale, pana la  100 W, curentului de pornire, la rotor blocat este de  (5÷8) In.

Pornirea directa a unui motor intr-un singur sens.

    In figura de mai jos este  redata  schema electrica de  principiu pentru  comanda automatizata a pornirii directe a unui motor asincron intr-un singur sens.                                                        

18

                                     fig.1   Pornirea directa a unui motor intr-un singur sens

    Daca apasam pe butonul de pornire b1 , cu intreruptorul  a1 inchis, contactorul C actioneaza.; se conecteaza astfel la retea infasurarea statorica a motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit. Prin inchiderea simultana a contactului  auxiliar normal deschis c se asigura alimentarea bobinei  contactorului C, precum si automentinerea contactorului C, dupa incetarea apasarii butonului b1 . Releele electromagnetice  e2 de current maximal protejeaza  motorul la supracurenti moderati, dar de durata . Motorul se opreste dupa dorinta prin actionarea butonului de oprire b2 , care intrerupe alimentarea bobinei contactorului C. 

   

Pornirea unui motor in ambele sensuri.  

   Pentru pornirea in ambele sensuri,   in comparatie cu schema de pornire intr-un singur sens, mai apare un contactor pentru celalalt sens de functionare si o interblocare a contactoarelor, pentru evitarea unor comenzi gresite care ar putea duce la inchiderea simultana a contactelor principale de forta c1 si c2 , si deci  la scurtcircuitarea retelei de alimentare. Functionarea schemei este asemanatoare cu schema de pornire intr-un singur sens cu mentiunea ca prin apasarea  butonului b1 motorul va functiona intr-un sens, iar prin apasarea butonului b2  motorul va functiona in celalalt sens. Schimbarea functionarii dintr-un sens in altul se poate  face dupa ce in prealabil motorul a fost oprit prin apasarea butonului de oprire b3. Daca sunt necesare mai multe butoane de comanda a pornirii si a opririi amplasate in diferite locuri, butoanele de oprire se conecteaza in serie,  iar butoanele de pornire in paralel.                                                                                                                                                                                              

19

                                   fig. 2.  Pornirea unui motor in ambele sensuri

Comanda pornirii stea-triunghi.  

  Curentii de pornire se micsoreaza sensibil daca se utilizeaza pornirea stea-triunghi. Aceasta metoda de pornire indirecta consta in aplicarea tensiunilor nominale infasurarilor trifazate statorice, conectata initial in stea. La atingerea unei viteze de circa 95.90% , din cea de sincronism, infasurarea trifazata se comuta in  triunghi. Comutarea poate avea loc manual folosindu-se un comutator stea-triunghi sau  automat ca in figura de mai jos.

    La apasarea butonului de pornire b2 sunt alimentate simultan contactorul C1 si releul de timp d1 .Contactele c1 se inchid conectand statorul motorului in stea. Contactul c1 permite alimentarea contactorului de linie C3 , care conecteaza statorul la retea. Dupa un timp tp , reglat anterior, releul de timp d1 isi inchide , astfel ca C1 isi pierde alimentarea si , inchizand contactul c1 alimenteaza contactorul C3. Acesta isi inchide contactele  principale care conecteaza infasurarile statorului in triunghi.  Releul de timp este reglat la timpul corespunzator atingerii a  95 % din viteza de regim stationar.

20

                                                         

                                   fig. 3.  Comanda pornirii stea-triunghi      

   Curentul si cuplul de pornire se micsoreaza de trei ori fata de cazul pornirii directe cu infasurarea statorica conectata in triunghi. Inconvenientul mentionat limiteaza  aplicarea pornirii stea-triunghi numai acolo unde pornirea se face in gol, excluzandu-se pornirile in plina sarcina cu acest porcedeu .

    La comutarea in triunghi au loc salturi de curenti si de cuplu, motorul trecand pe

caracteristica mecanica de functionare , corespunzatoare tensiunii   .

    Nerespectarea atingerii vitezei de rotatie de circa 90.95 % din viteza de sincronism,  la trecerea din stea in triunghi , face sa apara salturi de curent si de cuplu apropiate de cele realizate la pornirea directa in triunghi , ceea ce anuleaza avantajele specifice acestui procedeu de pornire.

    Daca dupa efectuarea pornirii stea-triunghi apar sarcini reduse in functionarea , mai mici de 1/3 din valoarea nominala , statorul poate fi comutat din nou in stea . In acest mod , scade curentul absorbit , factorul de putere si randamentul inbunatatindu-se; se realizeaza astfel reducerea pierderilor de energie .

    Pornirea stea-triunghi poate fi aplicata numai motoarelor asincrone, a caror infasurare statorica are accesibile toate cele sase borne, avand tensiunea statorica de faza egala cu tensiunea de linie a retelei de alimentare .

    In reteaua de distributie de joasa tensiune de 220/380 V de care dispunem , daca pe placuta indicatoare a motorului este scris 220/380 V , motorul nu poate fi pornit in stea-triunghi. Intradevar , tensiunea statorica nominala pe faza este de 220 V si nu de 380 V , cat ar fi tensiunea ce s-ar aplica pe faza la conexiunea in triunghi a infasurarii statorului.. Motorul s-ar

21

arde foarte repede , datorita unei tensiuni mai mari cu 73 % fata de tensiunea nominal pe faza . Pe placuta indicatoare trebuie sa existe mentiunea 380/660 V , motorul comandandu-se ca atare.

Pornirea cu autotransformator. 

Schema de principiu a pornirii cu autotransformator este data in figura de mai  jos .

Pornirea se realizeaza prin inchiderea contactelor de contactor c1 , apoi c3 ; astfel , alimentarea masinii de actionare m2 se face prin autotransformatorul m1 , la tensiunea redusa. La terminarea procesului tranzitoriu de pornire , se inchid contactele c2 si se deschid contactele c3 realizandu-se legarea directa a masinii m2 la retea.                                                                                               

                                        fig. 4.  Pornirea unui motor cu autotransformator

 Se introduc urmatoarele notatii : curentul Ip , absorbit de m2 la pornirea prin autotransformatorul m1 cu tensiunea redusa Up ; curentul IpN , absorbit de m2 la pornirea directa cu tensiunea nominala UN; curentul Ip , luat din retea la pornirea  prin autotransformatorul m1.

    Scriind egalitatea puterilor absorbite de la retea de m1 cu cea absorbita prin m1 de m2,

adica  UN * Ip=Up* Ip1 , rezulta  :  = =a , unde a este raportul de reducere al tensiunii aplicate la m2.

    Aproximand ca curentul absorbit de m2 scade proportional cu tensiunea aplicata , se obtine:

-   = =a

22

    Inmultind aceste relatii , rezulta raportul cautat :    =a².

    Prin reducerea tensiunii , scade insa si cuplul masinii de pornire ( )²=a² , adica cuplul se micsoreaza in acelasi raport cu curentul.

    Pornirea cu autotransformator este avantajoasa energetic , insa fiind costisitoare , este justificata numai in cazul masinilor asincrone de putere mare.

  Pornirea cu rezistente Rs. 

   Pornirea cu rezistente RS legate in serie in circuitul statoric al masinii asincrone se face cu schema de mai jos. La pornire se inchid contactele c1 , iar contactele c2 raman deschise. Dupa terminarea pornirii se inchid contactele c2.                                   

                                       fig. 5.   Pornirea unui motor cu rezistente

 

    Fata de metoda cu autotransformator , prin acest procedeu , la aceeasi reducere a cupului se obtine un current de pornire mai mare si apar pierderi in rezistenta Rs; in schimb schema este mai simpla . Procedeul se poate aplica la actionarile cu masini de putere mica , la pornire cu sarcina redusa.

    Pornirea cu bobina de reactanta sau rezistente introduse in circuitul de alimentare se utilizeaza in cazuri rare din cauza rezistentelor si reactantelor care sunt , in unele cazuri greu de suportat.

23

    Totodata , la acelasi curent initial de pornire , cuplul de pornire este mai mare in cazul utilizarii autotransformatoarelor decat a bobinelor de reactanta. Schema de principiu pt acest caz  este data in figura de mai sus.

    Mai general , se poate face remarca ca toate metodele de pornire indirecta a motorului asincron prezinta inconvenientul reducerii cuplului de pornire . Din aceasta cauza aceste metode nu sunt adecvate pentru pornirea in plina sarcina , la pornirile grele fiind pur si simplu neaplicabile.

Capitolul VIIi

Utilizari

Motoarele asincrone trifazate formeaza cea mai mare categorie de consumatori de energie electrica din sistemul energetic, fiind utilizate in toate domeniile de activitate: masini-unelte (strunguri, raboteze, freze, polizoare, masini de gaurit, ferastraie mecanice etc.), poduri rulante, macarale, pompe, ventilatoare etc.

Pana de curand, motoarele asincrone erau utilizate ca motoare de antrenare in actionarile cu turatie constanta; prin dezvoltarea electronicii de putere, actionarile reglabile cu motoare asincrone au capatat o extindere remarcabila, datorita fiabilitatii lor net superioare, in compartie cu motoarele de curent continuu.

24

Capitolul ix

CONCLUZII

Mai mult de jumatate din energia electrica produsa in tarile cu industrie puternica, este consumata de catre motoarele electrice, ponderea cea mai mare avand-o motoarele asincrone, care castiga din ce in cel mai mult teren in urma progreselor inregistrate in domeniul componentelor electronice de putere specifice comutatiei statice precum si a sistemelor de comanda, ele fiind tot mai frecvent echipate cu convertoare statice de frecventa, care fac posibila varierea turatiei in limite relativ largi, prin reglarea simultana atat a amplitudinii cat si a frecventei tensiunii de alimentare.

Este unanim recunoscut ca motorul asincron s-a impus prin simplitate constructiva, robustete si randament, el fiind inca cel mai fiabil si cel mai simplu din punct de vedere constructiv, faptul ca in majoritatea cazurilor nu necesita practic nici un fel de intrettnere constituind, de asemenea, un avantaj important. 

  Dezvoltarea pe scara larga a convertoarelor statice de frecventa a permis motorului asincron, utilizat anterior cu preponderenta in aplicatii de turatie constanta, cu alimentare directa din retea, sa fie preferat in prezent si in domeniile populate anterior in cea mai mare parte de catre motoare de curent continuu (aplicatii care necesita turatii variabile). Proiectarea de actionari electrice presupune si alegerea unui motor electric de actionare ale carui caracteristici (turatie, moment de rotatie si plaja de reglare) sunt stabilite in functie de cerintele proiectului. 

Din considerentele mentionate mai sus, tipul de motor electric utilizat masiv in actionari electrice pe plan mondial este motorul asincron trifazat. Constructia sa robusta si simpla, gradul ridicat de protectie si tipodimensiunile standardizate reprezinta caracteristicile remarcabile ale celui mai apreciat si utilizat tip de electromotor.       Servomotoarele de curent continuu sunt utilizate in foarte multe aplicatii din domeniul mecanicii fine si mecatronicii roboti industriali si de servicii, vehicule cu ghidare automata, periferice de calculator, automate de control si servire, automate bancare), datorita unor

caracteristici remarcabile. Constuctia de masini electrice de toate tipurile a capatat in ultimii ani o dezvoltare vertiginoasa, existand la ora actuala o multitudine de tipuri ce se deosebesc intre ele prin particularitati constructive si functionale. Motoarele electrice reprezinta cea mai importanta sarcina electrica pentru UE. 

Nu exista diferente de principiu semnificative intre cele doua tipuri de masini electrice (motor si generator) , acelasi dispozitiv putand indeplini ambele roluri in situatii diferite.       Fiind construite intr-o gama extinsa de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicatii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimanta) pana la actionari electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).      Masinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate masini in actionarile cu masini de curent alternativ.

25

CAPITOLUL x

Bibiliogarfie – internet

26