L.2. MOTORUL ELECTRIC ASINCRON TRIFAZAT

CU ROTORUL ÎN SCURTCIRCUIT 1. CONSIDERAŢII TEORETICE 1.1. Construcţie, principiu şi caracteristici de funcţionare Motorul electric asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit prezintă două elemente constructive principale: un inductor prevăzut cu o înfăşurare conectată la reţeaua de c.a. şi un indus a cărui înfăşurare este cuplată doar magnetic cu înfăşurarea inductorului. În construcţie normală inductorul este fix şi se numeşte stator iar indusul, mobil si poartă numele de rotor. Statorul are ca elemente componente: carcasa din fontă sau aluminiu, scuturi frontale portlagăr, capac ventilator, miez feromagnetic realizat din tole şi o înfăşurare trifazată "distribuită" în crestături. Înfăşurarea are "p" perechi de poli, este conectată în stea sau triunghi şi are capetele scoase la o placă de borne dispusă pe carcasă. Rotorul se compune din: arbore cu unul sau două capete de ieşire, ventilator, miez magnetic confecţionat din tole şi o înfăşurare de tip �colivie� (în scurtcircuit) realizată din bare longitudinale dispuse în crestături şi scurcircuitate la capete cu două coliere frontale. Crestăturile rotorice sunt uşor înclinate faţă de axul de rotaţie iar numărul lor se alege în aşa fel încât colivia rotorică să poată forma acelaşi număr de perechi de poli ca şi înfăşurarea statorică. Dacă se alimentează înfăşurarea statorică cu un sistem trifazat simetric de tensiune, de frecventă f1, curenţii statorici vor da naştere unui câmp magnetic învârtitor care se roteşte faţă de stator cu turaţia sincronă: n1 = 60f1 / p. (1) Admiţând că iniţial rotorul este în repaus, câmpul statoric va induce în conductoarele rotorice t.e.m. ce vor da naştere la curenţi de conducţie al căror câmp se va suprapune peste cel statoric. Câmpul învârtitor rezultant va acţiona asupra conductoarelor rotorice prin forţe electromagnetice al căror efect se va însuma într-un cuplu electromagnetic M ce va acţiona asupra rotorului în sensul câmpului învârtitor. Sub acţiunea acestui cuplu rotorul se va învârti cu o turaţie n mai mică si apropiată de cea sincronă. Viteza relativă a câmpului învârtitor faţă de rotor, s = (n1 -n) / n1 (2) poartă denumirea de alunecare. În regim staţionar, motorul absoarbe din reţea o putere electrică:

P U I1 1 1 13= cosϕ (3)

pe care o converteşte parţial in putere mecanică oferită de arbore:

P2 = M2.2πn / 60 (4) Randamentul,

η = P2 / P1 (5)

prezintă un maxim în apropierea sarcinii nominale şi creste cu puterea nominală a motorului. Funcţionarea motorului asincron cu rotor în scurtcircuit poate fi descrisă cu ajutorul caracteristicilor din fig. 1, 2, 3.

1.2. Pornirea motorului

Pornirea prin cuplare directă la tensiune nominală este admisă în cazul puterilor relativ mici şi a pornirilor uşoare. În cazul puterilor mici si mari, precum şi a pornirilor grele, limitarea curenţilor de pornire se face fie prin reducerea tensiunii de alimentare (pornire stea-triunghi sau cu autotransformator) fie prin inserarea cu statorul a unor impedanţe. În cazul pornirii stea-triunghi, prin scăderea tensiuni de fază de 31/2 ori, se realizează o micşorare a curentului de pornire de trei ori (fig.4). La pornirea cu autotransformator (fig.5), curentul de pornire scade în acelaşi raport cu tensiunea diminuată prin intermediul autotransformatorului AT.

1.3. Reglarea turaţiei

Modificarea turaţiei se poate face în trepte prin modificarea numărului de perechi de poli sau continuu prin modificarea frecvenţei şi tensiunii de alimentare fie separat, fie simultan în raport constant. Schimbarea numărului de perechi de poli se face prin comutarea conexiunilor între bobinele înfăşurărilor statorice. Cel mai adesea este utilizată comutarea din triunghi în dublă stea (∆/YY) când turaţiile sincrone se modifică in raport 1/2 (fig.6) prin înjumătăţirea numărului de perechi de poli (pYY = 1/2p∆):

nηn I1

cosϕ

I2

s

P2n P2

n

n1

nm

Mp

MI1

I1p

I'2

I'2p

MMm

Mn

Mp

sn sm s

A

B

C

1

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

RST

M~

V1

K1

K2

K3 R

S

T

M~

K1

V1

K2 K3AT

Fig. 4 Fig. 5

n1∆ / n1YY = (60f1 / p∆ ).(pYY / 60f1) = 1/2 (6) Modificarea singulară a tensiunii de alimentare (fig.7) se face în sens descrescător obţinând turaţii sincrone într-o gamă restrânsă (0.7n1 < n< n1 ) deoarece cuplul maxim scade cu pătratul tensiunii de alimentare,

Mm ≅ K(U1 / f1)2. (7) Prin creşterea la tensiune nominală a frecvenţei se obţin turaţii suprasincrone (n < 2n1) cu dezavantajul scăderii capacităţii de suprasarcină (fig.8). La scăderea în raport constant a tensiunii si frecvenţei se obţin turaţii subsincrone, caracteristicile mecanice obţinute păstrându-şi rigiditatea şi capacitatea de suprasarcină (fig.8).

2. PROCEDEU EXPERIMENTAL

2.1. Se identifică elementele constructive ale motorului asincron cu rotor în scurtcircuit şi apoi bornele şi mărimile nominale ale motoarelor încercate. Mărimile necunoscute se calculează cu relaţiile de mai sus. Rezultatele se trec in tabelul 1.

Tabelul 1 P2n (W)

U1n (V)

I1n (A)

f1 Hz

cos ϕ1n ηn P1n (W)

nn (rpm)

n1 (rpm)

p sn conex

2.2. Se realizează montajul din fig.4. Cu voltmetrul V1 şi ampermetrul cleşte A1 se urmăresc variaţiile tensiuni de fază şi a curentului absorbit din reţea în următoarele secvenţe:

a) se închide K1, K2 pornind motorul direct în triunghi ; b) se deschide K2 şi după oprire se închide K3 realizând pornirea în stea ; c) se deschide K3 şi se închide imediat K2 realizând trecerea din stea în triunghi ;

2.3. Se realizează montajul din fig.5. Cu voltmetrul V1 si ampermetrul cleşte A1 se urmăreşte variaţia tensiunii la borne şi a curentului absorbit din reţea în următoarele secvenţe:

a) se închide K2 şi K3 ; b) se închide K3 ; c) se închide K1 şi se deschide K2.

n1yy Mr

nyy

n∆

M

n∆

nMr

MM''m M'

m Mm

nm

0.5Un 0.75Un

Un

U1

n

M

Mr 2fn;Un

1.5fn;Un

fn;Un

0.75fn;0.75Un

0.5fn;0.5Un

Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8

2.4. Se realizează montajul din fig.9. 2.5. Cu întrerupătoarele K3 deschis, K2 pe poziţie triunghi şi K1 închis se alimentează motorul cu tensiune nominală (voltmetrele V1, V2, V3). Se urmăreşte comportarea motorului în următoarele secvenţe:

a) se deschide K1 ; b) se cuplează tensiunea de alimentare şi după oprirea motorului se cuplează din nou cu K1. Se închide apoi K1.

2.6. Cu reostatul Rc pe poziţie de rezistentă maximă, K1 şi K3 închise iar K2 pe poziţie de "triunghi" se efectuează încercarea de funcţionare în sarcină pentru determinarea caracteristicii la tensiune nominală.

Pentru diferite valori ale cuplului de frânare M2 citite la tensometrul T şi realizate prin scurcircuitarea treptată a reostatului de câmp Rc al frânei electromagnetice FEM se mai citesc: puterea absorbită P1 (wattmetrele W1 si W2), curentul statoric I1 (ampermetrul A1) şi turaţia n (frecvenţmetrul F). Se calculează apoi puterea P2 cu rel. (4), randamentul η cu rel. (5), factorul de putere cu rel. (3) şi alunecarea cu rel. (2), rezultatele se trec în tabelul 2.

Tabelul 2 M2

(Nm) n

(rpm) P1

(W) I1

(A) P2

(W) η cos ϕ s

Se trasează caracteristicile: η(P2); cos ϕ(P2) ; I1(P2) ; n(P2) şi s(P2). 2.7 Se deschide K3, se trece K2 pe poziţia ' dublă stea ' , iar reostatul Rc pe poziţie de rezistenţă maximă. Se încarcă din nou motorul cu ajutorul frânei electromagnetice prin închiderea lui K3 şi scurcircuitarea lui Rc. Se citesc: cuplul de frânare M2 la tensometrul T şi turaţia n la frecvenţmetrul F, rezultatele se trec în tabelul 3.

Tabelul 3 M2(Nm) nYY(rpm)

W1*

*

W2*

*

K2 M~

R(rpm)

R

S

T

AT1

AT2

AT3

V1

V2

V3

A1

f1

f2 T(Nm)FEM

Rc

K3~=

K1

Fig. 9

2.8. Se deschide K3 şi se trece K2 pe poziţia � triunghi � după care se reiau determinările pentru două valori ale tensiunii de alimentare diferite de cele nominale: 0.75Un şi 0.5Un (voltmetrele V1, V2, V3 ) realizate cu autotransformatoarele AT1, AT2, AT3. Rezultatele se trec în tabelul 4.

Tabelul 4 U1 (V) 0.75Un 0.5Un

M2(Nm) n (rpm)

Se trasează, pe acelaşi grafic, caracteristicile n(M2), folosind datele din tabelul 2, 3, 4.

2.9. Se înlocuieşte grupul de autotransformatoare cu un generator electric trifazat sincron antrenat la turaţie reglabilă. Se reiau încercările în sarcină la tensiune nominală şi frecventă mărită (1.5 fn si 2 fn) şi apoi la tensiune si frecvenţă diminuată în acelaşi raport (0.75 si 0.5) faţă de valorile nominale. Rezultatele se trec în tabelul 5.

Tabelul 5 U1 (V) Un ; 1.5fn Un ; 2fn 0.75Un ; 0.75fn 0.5Un ; 0.5fn

M2(Nm) n (rpm)

Cu datele obţinute se trasează pe acelaşi grafic caracteristicile n(M2) tocmai ca în fig.8.