Determinarea Familiilor de Caracteristici Funcționale și de Performanta Pentru Motoarele Asincrone Alimentate Prin Intermediul Convertoarelor de Frecventa

Diverse

Determinarea Familiilor de Caracteristici Funcționale și de Performanta Pentru Motoarele Asincrone Alimentate Prin Intermediul Convertoarelor de Frecventa

Byadmin ianuarie 1, 2024

=== Masina asincrona trifazata ===

Cuprins :

IΝΤRОDUCΕRΕb#%l!^+a?

Societatea este în continuă dezvoltare. Tehnologia a impus o dezvoltare rapidă și o îmbunătățire continuă a calității energiei electrice și o utilizare eficientă a acesteia, prin exploatarea corespunzătoare a mașinilor electrice. Datorită creșterii complexității sistemelor de acționare electrică a mecanismelor mașinilor de lucru, s-a ajuns în mod inevitabil, la multiplicarea cercetărilor legate de perfecționarea acestora în funcție de utilizarea lor.

Prin mașini electrice se înțeleg mașinile prin care se realizează conversia electromecanică a energiei sau modificarea parametrilor energiei electromagnetice. Cu excepția cazului limită de mașină electrică reprezentat de transformatorul electric, care nu are părți mobile, în cursul transformării energiei produse de mașinile electrice intervine forma stereomecanică a unor corpuri solide în mișcare.

Mașinile electrice sunt utilizate în toate domeniile de activitate ale omului producând atât surse de energie electrică cât și elemente de acționare specifice mecanismelor și instalațiilor. În procesul conversiei de energie, un loc important îl are conversia electromecanică, realizată prin intermediul mașinilor electrice.

O mașină electrică funcționează pe baza unor forțe electromagnetice care acționează asupra unui conductor ce este parcurs de un curent electric, și se află în câmp magnetic.

În funcție de tipul conversiei, mașinile electrice se împart în generatoare electrice și motoare electrice. Generatorul electric realizează conversia energiei mecanice în energie electrică, iar motorul electric, convertește energia electrică în energie mecanică.

În cazul în care apariția energiei mecanice modifică parametrii unei transmisii de energie electrică (fie de frecvență, tensiune sau curent), mașina electrică respectivă poartă denumirea de convertizor electric rotativ. Mașina electrică care primește energie electrică și energie mecanică are rol de frână. Energie mecanică se transformă prin efectul Joule, în căldură.

Mașinile electrice se clasifică după mai multe criterii:

după curentul electric produs: de curent continuu, de curent alternativ, universale;

după tipul tensiunii: joasă tensiune ( până la 100V), medie tensiune (1000-6000V), de înaltă tensiune (peste 6000V);

după tipul tensiunii alternative: monofazate (220-240V), trifazate (380-400V), polifazate;

după valoarea puterii la bornele mașinii sau la arborele motor: puteri foarte mici (10-100W), puteri mici (până la 20kW), puteri medii (până la 200kW), puteri mari (peste 200kW);

după turația arborelui: turașie mică (până la 1000 rot/min), turație medie (până la 3000 rot/min), turație mare ( mai mare de 3000 rot/min);

în funcție de poziția arborelui în momentul funcționării: cu ax vertical, cu ax orizontal, cu ax înclinat;

în funcție de forma rotorului: rotor în formă de disc, rotor în formă de cilindru, rotor în formă de pahar;

după forma exterioară pot fi: protejate, neprotejate, închise.

Cele mai utilizate mașini electrice sunt cele asincrone, care funcționează în curent alternativ și sunt influențate de turația și frecvența rețelei de alimentare.

Tehnologia avansată a motoarelor asincrone este în continuă dezvoltare și evoluție. În urma dezvoltării tehnicii și miniaturizarea elementelor de sistem, acestea au ajuns să preia rolurile și locul motoarelor de curent continuu în unele sisteme specifice lor.

Ramura acționărilor electrice este una de viitor, cu o dezvoltare puternică, datorită apariției sistemelor orientate spre domeniul digital. Utilizarea atât a procesoarelor digitale de semnal, numite pe scurt DSP-uri programabile, care sunt de mare viteză, cât și a senzorilor inteligenți, permit crearea de algoritmi performanți pentru pornirea și reglarea motoarelor asincrone. Cu ajutorul acestor componente sunt posibile și modificări ale parametrilor de funcționare a acestora, diagnosticarea sau autodiagnosticarea unui sistem și controlul centralizat al acestuia de la distanță.

CΑPIΤОLUL 1

PARTICULARITĂȚI CONSTRUCTIVE ȘI FUNCȚIONALE ALE MOTOARELOR ASINCRONE TRIFAZATE b#%l!^+a?

1.1. Generalitățile motoarelor asincrone

Motorul asincron este o mașină electrică destinată funcționării în curent alternativ. La aceste mașini electrice, raportul dintre turația și frecvența rețelei variază în funcție de:

regimul de funcționare,

variația gradului de încărcare.

La mașinile asincrone, înfășurările statorului și ale rotorului nu sunt conectate electric. Legătura dintre aceste înfășurări este una inductivă, prin cuplaj magnetic, motiv pentru care, aceste mașini mai poartă denumirea de mașini de inducție.

Mașinile asincrone au apărut în anul 1885 când Galileo Ferraris a realizat primul motor bifazat ce avea patru poli aparenți și un rotor din cuplu masiv

Un an mai târziu, independent de Ferraris, Nicolae Tesla a conceput un motor bifazat care avea rotorul feromagnetic ce era prevăzut cu înfășurare scurtcircuitată.

Primele motoare folosite în instalațiile industriale au fost realizate de Dolivo Dobrowolski în 1889-1890, bazate pe principiul funcțional care persistă și astăzi.

Cele mai utilizate motoare asincrone sunt cele cu rotorul în scurtcircuit datorită avantajelor de neglijat cum sunt:

siguranța în exploatare,

randament ridicat,

puneri în funcțiune uzuale și simple,

preț de cost redus.

Motoarele asincrone trifazate au răspândire mare în domeniul acționărilor electrice din două motive:

distribuția energiei electrice este economică datorită sistemului alternativ trifazat (motoarele asincrone se pot cupla direct la rețea, fără a avea nevoie de elemente intermediare),

nu deține elemente componente sensibile și sunt sigure în funcțiune,

viteza de rotație este constantă și independentă de sarcină.

Dezavantajul motoarelor asincrone este faptul că reglajul vitezei se realizează mai dificil, necesitând instalații auxiliare care pot fi costisitoare sau cu pierderi mari.

Domeniul de aplicare al acestor motoare este la aplicațiile unde viteza de reglare nu trebuie să fie într-o gamă largă de domenii. În prezent, motorul asincron este folosit la sisteme de acționare simple, fiind construit într-o gamă largă pentru putere și turație.

1.2. Construcția motoarelor asincrone trifazate

Din punct de vedere constructiv, motoarele au structuri asemănătoare. În figura 1.1 este prezentat motorul asincron cu inele colectoare.

Figura 1.1 – Motorul asincron cu inel colector (5)

În figura de mai sus, în figura secțiunii motorului se disting următoarele elementele constructive:

1 – statorul,

2 – rotorul,

3 – scuturi,

4 – inele,

5 – portperii,

6 – ventilatorul din interior,

7 – ventilatorul din exterior,

8 – placa de borne al statorului,

9 – placa de borne aferentă rotorului.

În figura 1.2 este prezentat motorul cu rotorul în scurtcircuit.

Figura 1.2 – Motorul cu rotorul în scurtcircuit (5)

În figura 1.2, în figura cu secțiunea motorului se disting elementele constructive:

1 – statorul,

2 – rotorul,

3 – scuturi,

4 – ventilatorul interior,

5 – ventilatorul exterior,

6 – cutia de borne.

Prezentarea generală a părților componente.

Statorul produce un câmp magnetic învârtitor. Acesta este format dintr-o carcasă, pachetul de tole și înfășurarea statorului. Miezul este format dintr-o bucată sau din mai multe sectoare, realizate din tole de oțel electrotehnic care sunt împachetate rigid și izolate cu lac, prinse de carcasa acestei mașini. La partea inferioară, care are formă cilindrică, sunt distribuite crestături uniforme, în care se află bobinele înfășurării statorice, trifazate. Acestea sunt decalate cu unghiuri geometrice egale cu numărul perechilor de poli (care se notează cu p). Înfășurările statorice, în număr de trei, ocupă același număr de crestături și sunt conectate în interiorul cutiei de borne statorice, în stea sau triunghi.

Rotorul are o formă cilindrică, coaxial cu statorul și este realizat cu tole din oțel electrotehnic. În funcție de tipul mașinii, rotorul poate fi în scurtcircuit sau cu inele (bobinat).

Rotorul în scurtcircuit (mai este numit și „colivie de veveriță”) are o construcție simplă. Bobinajul este realizat din bare care sunt introduse în crestături și scurtcircuitate la cele două capete cu două inele conductoare. Viteza se poate regla prin variația frecvenței de alimentare și prin schimbarea numărului de poli. La motor este suficientă schimbarea numărului de poli doar la stator, deoarece statorul are același număr de poli ca și rotorul, în mod automat.

Curentul de pornire la motoarele în scurtcircuit este mare decât la cele cu inele, dar cuplul de pornire este mai mic. Proprietățile de pornire se pot ameliora prin construirea de motoare cu două colivii coaxiale (motoare cu dublă colivie) sau motoare cu colivie simplă, dar care au barele de secțiune dreptunghiulară, cu înălțime mult mai mare decât lățimea, de unde vine și numele de motoare cu bare înalte.

Rotorul cu inele (sau cu rotor bobinat) este format dintr-un arbore de oțel pe care este fixat pachetul de tole ce are crestături la exterior. Înfășurarea acestui indus este trifazată și realizată din conductoare izolate ce sunt introduse în crestăturile rotorului, similar cu înfășurările statorului (care sunt decalate cu dimensiunea crestăturilor, între ele). Acestea fiind conectate în stea, rareori în triunghi, au capetele libere legate, fiecare la câte un inel, care estec realizat din material conductor. Cele trei inele sunt izolate unul față de celălalt, precum și față de arborele rotoric. Acestea se rotesc odată cu arborele rotoric. Pe fiecare inel calcă o perie ce este realizată din bronz grafitat. Periile sunt legate la cele trei borne plasate în cutia de borne rotorică.

Întrefierul reprezintă distanța în aer dintre înfășurările statorice și rotorice. Inductanța mutuală între stator este cu atât mai bună cu cât întrefierul este mai mic, dar distanța minimă este limitată la minimul admisibil din considerente mecanice.

Subansamblul portperii este prevăzut cu perii din cărbune grafit sau metal grafit. Periile se freacă pe inelele colectoare, închizând circuitul electric. Periile se leagă la placa de borne a rotorului. Placa pentru borne, conține trei borne de legătură.

Ventilatorul este montat la interior pe arborele mașinilor protejate deschise. Astfel se asigură o circulație a aerului, care este absorbit prin ferestrele de intrare, fiind apoi refulat de ventilator din exterior. La mașinile închise, se montează pe arbore, la exterior, un ventilator care refulează aerul peste exteriorul carcasei. Pentru mărirea suprafaței de răcire, carcasa este prevăzută cu mai multe nervuri.

Prezentarea particularităților constructive.

Mașina asincronă are anumite particularități constructive care vor fi prezentate în continuare.

Mașina asincronă este construită din două armături: o armătură are rolul de inductor și cealaltă armătură are rol de indus. Armătura statorică (statorul) cuprinde un pachet de tole de oțel și este înfășurarea care este conectată la rețea, formând inductorul mașinii. Armătura rotorică (rotorul) are un pachet de tole de oțel și înfășurarea este închisă în scurtcircuit sau pe o impedanță.

Miezurile magnetice ale celor două armaturi se realizează din tole de tablă silicioasă laminată la cald sau la rece, de o grosime de aproximativ 0,5 mm. Înainte de împachetare, tolele sunt izolate prin împregnare cu lacuri sau oxizi cu scopul limitării pierderilor prin curenți turbionali.

Tolele celor două armături sunt prevăzute cu crestături uniform repartizate pe partea întrefierului, ca în figura 1.3.

Figura 1.3 – Structura crestăturilor mașinilo asincrone (7)

a) la stator, b) la rotor bobinat, c) la rotor în scurtcircuit

Tolele diferă în funcție de puterea motorului mașinii electrice. La mașinile mici, tolele se ștanțează dintr-o bucată, iar la mașinile de putere mare (diametrul tolei este mai mare de 990 mm), aceste circuite magnetice se realizează din tole sub forma unor segmente. La mașinile mari, tolele sunt dispuse în pachete de 40-60 mm grosime care sunt distanțate de canale radiale de ventilație largi de aproximativ 10-15 mm. Armăturile statorice și rotorice sunt consolidate de tole marginale cu o grosime de 1-3 mm, strânse cu ajutorul unor plăci frontale de presare.

Miezul magnetic al statorului se fixează în corpul carcasei, iar miezul rotoric se fixează fie direct pe axul mașinii, fie pe butucul rotorului pentru mașini mari.

Axul mașinii se rotește în lagare care sunt fixate în scuturile portlagăre sau în lagăre cu picior, montate pe fundație sau pe placa de fundație. Pentru lagăre sunt utilizați rulmenți cu bile sau cu role pentru mașini mici, iar pentru mașinile de mare putere lagărele de alunecare.

Carcasele și scuturile sunt construite din fontă sau din oțel, iar la mașinile de mică putere se pot folosi aliaje de aluminiu, în vederea reducerii greutății mașinii.

Deosebirile dintre motoarele cu rotorul bobinat și motoarele cu rotorul în colivie sunt doar de natură contructivă, referitor la modul de exploatare. Statoarele celor două tipuri de moatoare sunt similare. Rotorul de la mașina cu rotorul bobinat este mai complicată din punct de vedere constructiv, fiind prevăzută cu înfășurare trifazată, ce este conectată în stea și cu bornele scoase la inele colectoare. Calea de curent al rotorului bobinat include contacte alunecătoare (inel-perie) care necesită elemente constructive în plus și implicit, probleme de exploatare suplimentare față de cele specifice motoarelor cu rotorul în colivie.

În figura 1.4 este prezentată paca de borne pentru cele două legări: stea, triunghi.

Figura 1.4 – Placa de bornă pentru legare (7):

a) stea b) triunghi

Pe lângă elementele constructive principale, mașina asincronă are în funcție de destinație, de tipul, de forma constructivă, de sistemul de răcire, de putere și tensiune, o serie de alte elemente constructive, accesorii necesare pentru o bună funcționare și utilizare adecvată.

1.3. Regimurile de funcționare și funcționarea mașinilor asincrone trifazate

Funcționarea mașinii asincrone are la bază principiul interacțiunii electromagnetice între câmpul magnetic rotitor, care este creat, de un sistem trifazat de curenți absorbiți de la rețea, de către înfășurarea statorului și curenții induși în înfășurarea rotorului prin interschimbarea conductoarelor ei de către câmpul rotitor. Funcționarea mașinii asincrone ca principiu fizic este asemănătoare cu funcționarea transformatorului, unde statorul este considerat primarul iar rotorul, ce se rotește cu viteza n, este asemănător secundarului transformatorului.

Mașinile electrice pot funcționa în regim de generator, de motor sau de frână, regimuri de funcționare valabile și pentru mașina asincronă.

O mașină asincronă cu o înfășurare polifazată și simetrică pe fiecare din cele două armături feromagnetice separate de întrefier, are înfășurările armăturilor care alcătuiesc mașina realizate cu același număr de poli.

Înfășurarea statorică care este o înfășurare primară, se conectează la o rețea de curent alternativ corespunzătoare, ea va fi parcursă de un sistem polifazat de curent. Sistemul de curenți polifazați produc un câmp învârtitor care se deplasează față de stator în sensul succesiunii fazelor primarului (ale statorului) cu viteza unghiulară:

(1)

Câmpul învârtitor produs de înfășurarea primară induce în înfășurarea secundară de pe armătura rotorică, ce se rotește față de stator cu viteza unghiulară , o tensiune electromotoare dată de relația:

(2)

Pulsația tensiunii electromotare (notată t.e.m.) este:

(3)

Fiecare înfășurare rotorică și statorică are:

– câte doi poli (2p),

– numărul de spire w2

– factor de înfășurare

– fluxul fascicular util indus de B1 este

– viteza unghiulară relativă dintre câmpul învîrtitor și înfășurarea rotorică este

Înfășurarea rotorică induce o t.e.m. dacă fluxul inductor este și

Dacă înfășurarea secundară (rotorică) este în scurtcircuit sau pe o impedanță adecvată, ea va fi parcursă de un sistem de curenți polifazați ce, la rândul lor, dau naștere unui câmp învârtitor de reacție. Acest câmp are același sens cu câmpul statoric inductor și o viteză unghiulară față de înfășurarea rotorică care l-a produs.

(4)

Viteza unghiulară a câmpului magnetic rotoric față de cel statoric va fi:

(5)

Indiferent de viteza a rotorului, câmpul inductor și cel de reacție au aceeași viteză relativă față de stator. Cele două câmpuri, fiind fixe între ele, se pot însuma dând un câmp învârtitor rezultant în întrefier. Prin interacțiunea dintre acest câmp și curenții din înfășurări se produce un cuplu electromagnetic care se exercită între cele două armături.

Tensiunea electromotoare indusă este dată de relația:

(6)

Unde interrvin următoarele mărimi:

– – viteza relativă

– – inducția magnetică

– conductorul din spira de contur .

Forța care se exercită asupra unui conductor parcurs de un curent , aflată în câmpul magnetic de inducție este:

(7)

Legătura dintre viteza unghiulară , turația și viteza liniară pe raza cercului , descris de înfășurările rotorice este dată de relația:

(8)

În cazul armăturilor considerate, alegând sistemul de referință fix în raport cu câmpul învârtitor, la sensuri date ale inducției și vitezei relative, rezultă sensurile pentru t.e.m. și forțele care se exercită asupra conductoarelor parcurse de curenții induși care au același sens cu t.e.m. care îi produce. În acest caz, statorul se consideră că se rotește cu în sens opus cîmpului, iar rotorul care ar avea turația față de stator, are față de câmpul învârtitor turația . În acest caz avem mai multe posibilități de funcționare:

– , forța acționează în același sens cu sensul de rotație al rotorului, având tendința să-i crească turația către , când forța ;

– , când viteza relativă își schimbă sensul, forța acționează în sensul micșorării turației tot către valoarea de sincronism . Sensul cuplului tinde să aducă rotorul la turația de sincronism.

– , adică , mașina alimentată cu energie electrică, forțele care acționează asupra conductoarelor produc un cuplu electromagnetic activ și mașina funcționează în regim de motor.

Pentru menținerea rotorului la turația , este necesar ca la arborele rotorului să acționeze un cuplu exterior care să învingă cuplul electromagnetic produs de forțele . În acest caz, mașina primește putere mecanică pe la arbore și cedează putere electrică la borne, în rețea, funcționând în regim de generator.

Dacă rotorul se învârtește în sens opus față de cîmpul magnetic inductor, mașina dezvoltă un cuplu electromagnetic care se opune ca sens sensului de rotație, iar mașina primește putere mecanică pe la arbore pentru menținerea turației și putere electrică pe la borne și o transformă în pierderi, prin efect Joule. În acest caz, mașina funcționează în regim de frână.

În toate regimurile de funcționare ale mașinii asincrone trebuie ca ; (la nu apar forțe de interacțiune între stator și rotor), se spune că rotorul are în timpul funcționării o alunecare de câmpul învârtitor.

Interacțiunea electromagnetică se datorează diferenței dintre viteza câmpului rotitor n1 = f/p [rot/sec] și cea a rotorului n, deoarece la n=n1 câmpul ar fi imobil în raport cu rotorul iar pe înfășurarea rotorului nu se induc tensiuni electromagnetice, deci nu ar circula curentul.

Diferența dintre vitezele de rotație ale câmpului rotitor și al rotorului, se definește prin alunecarea mașinii asincrone.

Această alunecare este exprimată în valori relative conform relației:

(9)

În urma corelației dintre viteza unghiulară, pulsație și frecvență, alunecarea se mai poate scrie și sub forma:

(10)

Între frecvența curenților rotorici și frecvența rețelei de alimentare este următoarea legătură:

Mașina asincronă funcționează:

în regim de motor pentru alunecări ,

în regim de generator pentru ,

în regim de frână pentru .

Funcționarea mașinii asincrone în regim de generator este întâlnită în acționările electrice când și cuplul rezistent devine cuplu motor ca și în cazuri de avarii în rețea (la scăderea tensiunii sau frecvenței). Nu se utilizează în mod expres ca generator deoarece necesită o putere de magnetizare mare de la rețea. Mașina asincronă este utilizată în general, în regim de motor.

CΑPIΤОLUL 2

REGLAREA VITEZEI MOTOARELOR ASINCRONE TRIFAZATE b#%l!^+a?

1.1. Principii de reglare a vitezei

Deși motoarele asincrone sunt mai simple, ieftine, robuste în exploatare, prezintă un dezavantaj major față de cele de curent continuu: nu sunt apte pentru un reglaj fin și ușor al vitezei de rotație, având caracteristica de viteză derivație. Din acest punct de vedere, motoarele asincrone nu pot concura motoarele de curent continuu, în domeniile de utilizare în care se cere o mare finețe în reglarea vitezei de rotație, fără a fi necesare instalații suplimentare. La motorul asincron se poate realiza un reglaj de viteză, acționând asupra unor parametri sau elemente, fie de partea statorului, fie de partea rotorului.

Viteza motorului asincron se calculează cu formula:

(11)

Caracteristica mecanică a motorului asincron care este prezentată în figura 2.1, reprezintă dependența turației funcție de cuplul electromagnetic dezvoltat de arbore:

n=f(M).

Dependența respectivă se obține din caracteristica m=f(M), relație în care se exprimă viteza unghiulară a motorului (m) în funcție de turație:

m=2**n ,

În relația de mai sus, mărimea care intervine este:

n – turația motorului (exprimată în rot/s).

Figura 2.1 – Caracteristica mecanică a motorului asincron (14)

În continuare, turația sau viteza unghiulară, se exprimă în funcție de parametrii mecanici și constructivi care sunt caracteristici motorului asincron:

sau

(12)

Având în vedere expresia turației motorului asincron și relațiile ce rezultă din aceasta, conform formulei de mai sus, se determină posibilitățile de reglare a acesteia modificând:

frecvența de alimentare statorică f1;

numărul de poli p;

tensiunea de alimentare;

alunecarea s;

introducerea în circuitul rotoric a unei forțe electromotoare auxiliare de aceeași frecvență cu forța electromotoare principală, ceea ce necesită o mașină electrică suplimentară, sau chiar mai multe, cuplate electric sau mecanic si alcătuind o cascadă.

Fiecare variantă de reglare a vitezei motorului asincron are diferite posibilități practice de realizare, care vor fi prezentate în continuare.

1.2. Convertoare de frecvență

Convertoarele de frecvență transformă energia trifazată de la rețeaua de tensiune cu frecvență fixă în energie de curent alternativ a cărei tensiune și frecvență este variabilă. Cele mai frecvente aplicații ale acestor acționări electrice sunt la motoarele asincrone cu rotor în scurtcircuit care au alimentarea de la convertoarele de frecvență. Structura convertorului static pentru frecvența este prezentată în figura 2.2.

Figura 2.2 – Structura unui convertor de frecvență (11)

Elementele componente ale convertizorului de frecvență sunt:

redresorul,

sursa de curent,

invertorul

Redresorul poate fi comandat sau necomandat.

Sursa de curent este un circuit intermediar de c.c. (curent continuu). Acest circuit poate fi sursă de c.c. sau sursă de tensiune, variabilă sau continuă.

Invertorul este componenta de bază a convertorului cu circuit intermediar pentru tensiunea continuă. Rolul invertorului de a stabili performanțele energetice, dinamice ale sistemului pentru MA (motorul de acționare).

În figura 2.3 este prezentată schema convertorului de frecvența care are circuit intermediar de c.c. pentru alimentarea motorului asincron.

Figura 2.3 – Convertizorul de frecvență în c.c. (11)

Reglarea motorului asincron, pe lângă variația de frecvență fs se realizează și cu contactoare statice cu variații ale Us pentru a se evita fenomenul de saturare.

Us / fs = constant

Pentru realizarea acestui reglaj se folosesc trei metode:

variația tensiunii continue de la intrarea invertorului (Ucc),

variația tensiunii la ieșirea invertorului (Us),

variația tensiunii în cadrul invertorului, folosindu-se tehnologia PWM (Puls Width Modulation)

PWM constă în procesul de fragmentare, reducere a duratelor de conducție a semiconductorului care va duce la reducerea conținutului de armonici ale undelor de tensiune. Concomitent se obține și reducerea curentului la ieșirea din invertorul care alimentează motorul asincron, al sistemelor de acționări electrice.

În sucapitolul următor, se vor prezenta modalitățile de reglare a vitezei motoarelor asincrone.

1.3. Modalități de comanda a motoarelor asincrone trifazate

1. Reglarea vitezei prin modificarea tensiunii de alimentare

Variind tensiunea de alimentare, de exemplu micșorând-o, în afară de faptul că se înregistrează o scădere simțitoare a cuplurilor (care variază cu U2), se obține doar o foarte mică variație a vitezei.

Astfel, scăzând tensiunea de la U=Un până la U = 0,7Un , cuplurile se reduc la jumătate, iar viteza pentru alunecarea nominală s = 0,04 scade de la 0,96n doar la 0,92n. În schimb scade cuplul maxim al motorului și totodată coeficientul de supraîncărcare a mașinii. Se poate observa că această metodă de reglare nu este eficace, motivul pentru care are o aplicare rară.

O metodă clasică de a modifica tensiunea de alimentare – atât pentru sistemul de pornire cât și pentru sistemul de reglare al vitezei – este folosirea unui transformator (sau autotransformator) reglabil continuu sau în trepte, pe partea circuitului trifazic statoric. Această metodă este prezentată în figura 2.4.

Figura 2.4 – Reglarea vitezei motoarelor asincrone prin modificarea

tensiunii de alimentare prin autotransformator (14)

a) continuu b) în trepte

Dificultățile legate de realizarea contactelor alunecătoare la reglajul continuu sau complexitatea aparatajului la conectarea în trepte, fac ca această metodă să nu fie utilizată decât în acționările de mică putere având, de cele mai multe ori, o comandă manuală.

În prezent, pentru modificarea tensiunii de alimentare a motoarelor asincrone se utilizează variatoare statice de tensiune alternativă (notate V.T.A.).

V.T.A. trifazate sunt formate din șase tiristoare montate antiparalel, două câte două, fiind bidirecțional în tensiune și curent. Se pot realiza două scheme de comandă, care sunt prezentate în figura 2.5:

– una pentru conectarea în stea

– cealaltă pentru conectarea în triunghi a înfășurării statorice.

Figura 2.5 – Reglarea vitezei motorului asincron cu variator de tensiune

alternativă (14):

a) conexiune Y b)conexiune

În continuare se descrie funcționarea invertoarelor monofazate de tensiune alternativă formate din două tiristoare T1 și T2 montate antiparalel pe sarcină rezistivă R. Alternanțele pozitive ale tensiunii sunt conduse de tiristorul T1și cele negative de tiristorul T2. În figura de mai jos se prezintă modul de aprindere a celor două tiristoare, precum și formele de variație în timp ale curentului i și tensiunii u corespunzătoare sarcinii R-L (figura 2.6):

Figura 2.6 – Variator de tensiune alternativă funcționând pe sarcini inductive pentru motorul asincron (14)

Se poate observa că între fundamentala curentului i1 și tensiune există un defazaj ( – sarcini inductive). Acest unghi, care depinde de inductivitatea sarcinii L și de unghiul de comandă la aprinderea tiristoarelor , va impune factorul de putere.

Stingerea tiristoarelor are loc în mod natural, la trecerea prin zero a curentului și din această cauză variatoarele de tensiune alternativă sunt convertoare fără comutație forțată.

Pentru sarcini R-L curentul rămâne pozitiv în momentul în care tensiunea u devine negativă datorită tensiunii autoinduse în inductanța înfășurării L. Întreruperea conducției tiristorului are loc atunci când se anulează energia magnetică acumulată în inductanță. Dacă L este de valoare mare și unghiul de comandă este mic, se poate să avem curent neîntrerupt prin sarcină.

Astfel se pot definii două puteri reactive:

putere reactivă propriu-zisă corespunzătoare inductanței L;

putere reactivă de comandă datorată unghiului de întârziere la comandă , care este nenulă, chiar în cazul sarcinilor pur rezistive.

Faptul că la o sarcină rezistivă (L = 0) apare și putere reactivă, la prima vedere pare a fi nejustificat. Puterea reactivă a fundamentalei poate să apară doar din combinarea sarcinii rezistive cu dispozitivul static comandabil, care la modificarea unghiului de comandă poate să producă putere reactivă.

Modificarea tensiunii de alimentare, și deci, în consecință a turației
motorului, se realizează prin modificarea unghiului de întârziere la aprindere a
tiristoarelor , cu valori între 0 150 (tăierea simetrică a formei de undă sinusoidală la început și la sfârșit), ca în figura 2.7:

Figura 2.7 – Variator cu comandă simetrică pentru anularea puterii reactive (14)

Odată cu creșterea unghiului , și deci micșorarea valorii tensiunilor efective, forma de undă se abate mult de la forma sinusoidală, ceea ce duce la apariția în componența tensiunii și curentului a unor armonici care produc cupluri pendulare precum și creșterea pierderilor prin efect Joule, cu scăderea randamentului global al sistemului de acționare.

Pentru a elimina puterea reactivă de comandă a fundamentalei, în cazul variatoarelor de tensiune alternativă se practică tăierea simetrică a formei de undă sinusoidale, atât la începutul, cât și la sfârșitul ei, ca în figura 12.

Această întrerupere a curentului, înainte de scăderea sa naturală la zero, duce la aplicarea comutației forțate în comanda dispozitivelor de putere.

În consecință, trebuie alese componente de putere cu amorsare și blocare pe poartă comandabilă în curent (tranzistoare bipolare de putere, GTO) sau tensiune (tranzistoare MOSFET, IGBT, tiristoare MCT). De asemenea se pot folosi și procedeele de stingere cu tiristoare auxiliare.

2. Reglarea vitezei prin schimbarea numărului de poli

În acest caz, se pornește de la formula:

(13)

Conform acestei formule, pentru o frecvență a rețelei dată, viteza de sincronism n1 poate varia în limite foarte largi, schimbând numărul de perechi de poli p.

Reglarea vitezei nu se face în ritm lent, ci în trepte. În mod normal schimbarea vitezei se face în două trepte, cu raportul 2:1, dar se construiesc și motoare cu trei sau patru trepte de viteză.

Modificarea numărului de perechi de poli se poate face în trei feluri:

prin combinarea bobinelor înfășurării statorice, executată special pentru a permite acest lucru;

construind statorul cu două înfășurări independente;

construind statorul cu două înfășurări independente, fiecare având posibilitatea schimbării numărului de poli (această este metoda mixtă).

Trebuie remarcat, că dacă rotorul mașinii este bobinat, numărul de poli trebuie schimbat atât în stator, cât și în rotor. Evident, acest lucru complică mult construcția. De aceea, în mod aproape general, motoarele cu mai multe viteze se execută cu rotor în colivie de veveriță.

Se mai precizează că, dintre metodele de mai sus, prima este cea mai importantă, fiind cea mai simplă și economică. A treia se utilizează pentru motorul cu patru viteze, însă totdeauna una dintre înfășurări nu funcționează.

Prima metodă se realizează în mod obișnuit prin schimbarea sensului curentului în jumătate din bobinele fiecărei faze sau, mai pe scurt, în semiînfășurări. Aceasta se poate realiza în serie sau în paralel. Conexiunea fazelor poate fi stea sau triunghi. De aici rezultă mai multe posibilități de conexiuni, în serie sau în paralel.

După cum se vede, la trecerea de la un număr mai mare de poli la unul mai mic, trebuie schimbate între ele două legături la rețea, pentru a nu se schimba sensul inițial de rotație, deoarece la reducerea numărului de poli s-a schimbat și sensul parcursului bobinelor pentru o jumătate din fiecare fază. Numărul de perechi de poli trebuie să fie același pe ambele înfășurări. Această restricție duce la complicații deosebite în cazul motoarelor asincrone cu rotor bobinat. În cazul celor cu colivie de veveriță, rotorul își adaptează automat un număr de perechi de poli egal cu cel al statorului, ceea ce le face perfecte pentru construcția motoarelor asincrone cu număr variabil de perechi de poli.

Modificarea numărului de perechi de poli în raportul 1:2 se face relativ ușor prin modificarea conexiunilor înfășurării statorice și este cunoscută sub numele de modificare Dahlander, obținându-se motorul asincron cu două viteze de sincronism. Acest motor este echipat cu înfășurare statorică concepută din două jumătăți pe fiecare fază care pot fi grupate în paralel pentru viteză mare sau serie (figura 2.8) pentru viteză redusă. La conectarea în serie numărul de perechi de poli este dublu față de conectarea în paralel sau în opoziție:

Figura 2.8 – Reglarea vitezei prin modificarea conectării înfășurării

statorice (motoare Dahlander) (14)

a) în paralel b) în serie

3. Reglarea vitezei prin variația frecvenței rețelei

Această metodă rezultă din relația prin care se leagă viteza, de numărul de poli:

(14)

Modificând frecvența, variază corespunzător viteza. Practic, pentru alimentarea motorului cu altă frecvență sunt necesare instalații speciale, motiv pentru care, metoda nu este una larg răspândită.

Fără a se intra în detalii, se precizează că pentru a se păstra constante randamentul, cos, capacitatea de supraîncărcare și alunecarea la diferite frecvențe, trebuie să existe relația:

(15)

Relația de mai sus este valabilă dacă punctul de funcționare se află pe partea rectilinie a caracteristicii de magnetizare a fierului și numai aproximativă în cazul unui circuit magnetic saturat.

Din analiza acesteia se deduc următoarele cazuri de reglaj:

în cazul reglajului de viteza la cuplu constant, M’ = M, există condiția:

(16)

în cazul reglajului la putere constantă, trebuie îndeplinită relația:

P2=k*M*f1=k*M’*f1 (17)

rezultă condiția:

(18)

În acest caz trebuie să se țină cont, că, la viteze scăzute se schimbă condițiile de răcire a mașinii, astfel încât, trebuie să se verifice dacă mașina nu atinge încălziri în afara limitelor de toleranță.

4. Reglarea vitezei prin schimbarea rezistenței din rotor

Fenomenul este ca în cazul pornirii motorului asincron cu inele, lucrurile petrecându-se în acest caz, invers. Reostatele de reglaj se conectează și se construiesc ca și cele de pornire, dar se dimensionează mai larg, pentru funcționare de lungă durată.

La introducerea unei rezistențe suplimentare în rotor, în primul moment scade curentul I2 deci cuplul motorului și viteza încep să se micșoreze, ceea ce duce la creșterea lui E2și I2, până la restabilirea echilibrului dintre cupluri.

Considerând cuplul rezistent constant, funcționarea stabilă (conform diagramei de funcționarea a motorului cu rotor cu inele) corespunde punctelor m, j’, h’, f’, d’, b’ care se găsesc la intersecția curbelor cuplurilor cu dreapta Mn=Mrez=const.

Se poate obține o variație subsincronă a vitezei în limite destul de largi (în caz normal este 50% din viteza nominală). În mod evident, randamentul motorului va scădea, fiindcă vor crește pierderile din circuitul rotorului. În ciuda acestor dezavantaje, acest mod de reglare a vitezei este larg folosit pentru reglarea vitezei motoarelor de macara sau al agregatelor de laminare, fiind aplicabil doar motoarelor cu rotor bobinat.

Acest mod de reglare presupune două scheme de bază, prezentate în figura 2.9:

reglarea în trepte (manual sau automat);

reglarea continuă.

Figura 2.9 – Reglarea vitezei motorului asincron bobinat prin modificarea

rezistenței din circuitul rotoric (14):

a) în trepte b) continuu

Comutatoarele C1, C2, cât și cursoarele sunt manevrate manual sau automat.

Pentru reglajul continuu se folosește un reostat trifazat cu cursor, în cazul motoarelor de mică putere, sau cu lichid în cazul motoarelor de mare putere. Reglajul, pentru acestea din urmă, se realizează prin modificarea nivelului de lichid sau prin deplasarea reostatului în lichid.

Știind că tensiunea rotorică este dependentă de alunecarea s, putem folosi această tensiune pentru reglajul continuu al rezistenței din circuitul rotoric, modificând această valoare a rezistenței echivalente într-un circuit rotoric de:

curent continuu;

curent alternativ.

Folosind schemele cu dispozitive semiconductoare de putere (ca în figura 2.10), tensiunea rotorică se redresează și se conectează pe o sarcină rotorică formată dintr-o rezistență adițională în paralel cu un comutator static de putere (notat CS).

Figura 2.10 – Modificarea rezistenței din circuitul rotoric printr-un circuit de (14):

a) curent continuu b) curent alternativ

Comutatorul static este de tip chopper paralel format dintr-un dispozitiv electronic de putere de tip tiristor sau tranzistor comandabil la închidere cu un timp tcși la deschidere cu un timp td:

(19)

unde T este perioada de conectare.

Valoarea medie a rezistenței echivalente a grupării R-CS este:

(20)

Unde:

– D este factorul de umplere .

Modificând după o lege de variație continuă factorul de umplere D între 0 și 1 se obține un reglaj echivalent al rezistenței din rotor între valoarea Rr și 0.

Principalul dezavantaj pe care îl au toate aceste scheme de reglare este că principiul de reglare duce la creșterea puterii disipate prin efect Joule pe rezistențele suplimentare introduse în circuitul rotoric, înrăutățind astfel, randamentul. Această putere disipată este numită putere de alunecare:

(21)

Această poate fi recuperată, aproape integral, prin intermediul sistemelor cu cascade Kramer sau Scherbius.

5. Reglarea vitezei prin modificarea alunecării s

Această metodă de reglare a turației motorului asincron prin modificarea valorii alunecării are la bază dependența liniară între cele două mărimi, conform expresiei generale:

. (22)

Pentru simplificarea studiului posibilităților de modificare a alunecării se analizează majoritatea cazurilor practice, având în vedere că o funcționare stabilă pe caracteristica mecanică are loc pentru alunecări inferioare alunecării critice:

Se poate scrie sistemul:

(23)

Rezultă că pentru un cuplu de sarcină dat (Mr) alunecarea s se poate modifica modificând parametrii care determină valoarea alunecării critice sk și respectiv a cuplului maxim Mm al motorului. Analizând expresiile pentru Mm și sm:

(24)

(25)

Aceste relații sunt valabile în condițiile unei frecvențe de alimentare date f1,și a unui număr de perechi de poli p dat. Se poate modifica alunecarea s, acționând asupra mărimilor Mm și sm modificând:

valoarea efectivă a tensiunii de alimentare statorică U1;

parametrii înfășurării statorice r1 și x1;

parametrii circuitului rotoric r2 și x2.

Din punct de vedere practic, singurele metode care se utilizează, din cele enumerate mai sus, sunt cele care modifică tensiunea de alimentare statorică la frecvență constantă și modificarea rezistenței echivalente a circuitului rotoric (Rech). Cu aceste ipoteze relației de mai sus devin:

, (26)

Unde const semnifică o constantă.

Înlocuind, se obține:

(27)

Această relație arată că alunecarea s este direct proporțională cu rezistența de fază a circuitului rotoric raportată la stator, r2', și invers proporțională cu pătratul tensiunii de alimentare U1. Cum rezistența circuitului rotoric nu poate fi modificată decât în sensul măririi acesteia prin montarea unei rezistențe adiționale Rr (R'rraportată la stator), iar tensiunea efectivă U1 nu poate fi modificată decât în sensul scăderii valorii efective, se obține, conform relației de mai jos, o variație a alunecării s numai în sensul creșterii acesteia.

CΑPIΤОLUL 3

DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A CARACTERISTICILOR FUNCȚIONALE ȘI DE PERFORMANȚĂ ALE MOTOARELOR ASINCRONE ALIMENTATE PRIN INTERMEDIUL CONVERTOARELOR DE FRECVENTA b#%l!^+a?

3.1. Particularități la standul de încercări

Verificările care se efectuează la standul de probe pentru motarele de c.a. trifazate asincrone sunt multiple și complexe. Aceste verificări vor fi prezentate în continuare.

La baza verificărilor sunt standardele specifice, standardul normelor tehnice STAS 7246-91 și standardul de calitate CE 34.

1. Măsurarea rezistențelor de izolație ale înfășurărilor.

În urma acestor măsurători se determină coeficientul de absorbție (Kabs)

Modul de verificare și execuție este prin măsurarea rezistenței de izolație și determinarea coeficientului de absorbție.

Măsurarea rezistențelor izolației se realizează cu megohmetru. Megohmetrele diferă în funcție de tensiunea dintre faze, astfel acestea fiind de :

– 500 V pentru înfășurarea cu U < 500 V, dintre faze;

– 100 V pentru înfășurarea cu U = 500 – 1000 V, dintre faze;

– 2500 V pentru înfășurarea cu U > 3000 V, dintre faze.

Aceste măsurători ale rezistențelor de izolație se realizează la o temperatură specifică mediului ambiant.

Pentru motorul cu rotorul bobinat, aceste măsurători se fac separat la stator și rotor.

Coeficientul de absorbție se va determina pentru înfășurările cu tensiuni de U > 3000 V, conform relației :

Kabs = R60/R15

Valorile măsurate se vor verifica și controla conform relațiilor:

Riz(M) KU(V) / [1000 + (P(kW) / 100]

Unde coeficientul K are valori specifice

Kabs = R60 / R15 1,3

Aceste probe și teste se realizează la :

– puneri în funcțiune,

– reparații,

– revizii,

– la orice intervenție la înfășurări,

– la încercări cu tensiune mărită, înainte și după realizarea acesteia.

2.Măsurarea rezistenței de izolație pentru lagăr, în cazul motoarelor cu lagăre izolate.

Aceste măsurători se realizează în două cazuri precum:

– mașina în stare de repaus, dar conductele de ulei sunt racordate și se folosește un megohmmetru de 500 V. Acest aparat de măsură se izolează înainte de utilizare în fusul de cuzinet.

– în funcționare, măsurare realizată cu voltmetrul de c. a.. Măsurătorile se fac la tensiunile dintre capetele arborelui la îmbinarea cu corpul lagărului și placa de fundație care are o peliculă de ulei ce este șuntată.

Valorile de control trebuie să fie astfel încât rezistența de izolație să nu fie mai mică decât 50% din valoarea care s-a măsurat ultima oară, la punerea în funcțiune.

Aceste verificări și probe sunt specifice :

– punerilor în funcțiune,

– lunar, chiar în timpul funcționării,

– reviziilor.

– la orice intervenție sau modificare la lagăre

3. Măsurarea rezistenței de izolație pentru bandajul rotoric

Această măsurătoare se efectuează cu un megohmmetru de 500 V.

Indicațiile care trebuie verificate și valorile de control sunt pentru o rezistență de izolație mai mare de 1 M.

Aceste verificări sunt specifice :

– punerilor în funcțiune,

– reparații,

– orice modificare sau intervenție la bandajul aferent sau la înfășurarea rotorului.

4. Măsurarea rezistenței de izolație pentru traductorul de temperatură

Această verificare se face printr-o măsurare cu megohmmetrul de 500 V. Verificarea are loc la placa de borne a tuturor traductoarelor, după ce în prealabil se desface legătura la pământ.

Valoarea de control specifică trebuie să fie o rezistență de izolație care nu este mai mică de 0,5 M

Aceste verificări au loc în următoarele cazuri :

– puneri în funcțiune,

– modificări survenite la motor și orice intervenție asupra înfășurării statorice,

– modificări sau intervenții asupra traductoarelor.

5. Încercarea izolației înfășurării statorului cu o tensiune alternativă mărită (50 Hz)

Aceste verificări se realizează pentru mașini cu o putere, P 50 kW .

Această verificare este obligatorie și trebuie efectuată măsurarea rezistenței de izolație.

După ce are loc încercarea cu tensiune mărită, se revine din nou la măsurarea rezistenței de izolație.

Valoarea tensiunii de încercare trebuie să fie mai mare de 1,5 kV și conformă cu:

Uînc = K(2U + 1000V).

Durata tensiunii de încercare se menține timp de un minut.

Aceste verificări au loc la puneri în funcțiune și la orice întervenții la înfășurări

O notă separată este pentru bobinele noi, care înainte de montare, se vor verifica confrom datelor indicate de furnizorul produsului. La fel se verifică și întreaga înfășurare.

6. Încercarea de izolație a înfășurării rotorice cu o tensiune alternativă mărită

Aceste verificări se realizează pentru mașini cu o putere, P 50 kW specific pentru motorul sincron și conform acestui caz, pentru motorul asincron ce are rotorul bobinat

Valoarea acestei tensiuni de încercare se menține în timp de un minut pentru:

Uînc = 10Un

respectând condiția

1500V Uînc. 3500V

Iar :

Uînc.=2Un + 1000V

Unde:

Un – tensiunea în circuit deschis, în repaus, care se măsoară între inele, având aplicată la înfășurările primare o tensiune nominală.

Aceste verificări se efectuează la puneri în funcțiune și pentru verificări la înfășurări.

7. Măsurarea rezistenței de izolație pentru dispozitivul de pornire, de reglaj și de stingere a câmpului

Pentru a măsura rezistența de izolație se folosesc megohmetrele de următoarele valori:

500 V pentru tensiuniea de funcționare mai mică de 500 V;

1000 V la tensiunea de funcționare între 500 – 3000 V;

2500 V pentru tensiunea de funcționare mai mare de 3000 V.

Rezistența de izolație care se măsoară și se verifică trebuie să fie minim 0,5 MΩ

Aceste verificări sunt utile și necesare la puneri în funcțiune și pentru diferite intervenții realizate la dispozitivele prezentate anterior.

8. Măsurarea rezistenței ohmice a înfășurărilor

Această măsurare este obligatorie doar la motoarele care au o putere mai mare de 50 kW. Rezistența ohmică se măsoară pe fiecare fază și pe fiecare ramură, în cazul în care există. Pentru măsurare se folosește metoda cu ampermetru și voltmetru.

Rezultatele care se obțin trebuie să aibă o toleranță de maxim 5% între faze. De asemenea, la înfășurările rotorice, rezistența trebuie să aibă o diferență de maxim 5% față de datele de referință, pentru aceeași temperatură.

Aceste verificări au loc la puneri în funcțiune și la orice modificare-intervenție-reparație la conexiunile sau înfășurările motorului.

9. Verificarea integrității coliviei rotorice

Această probă se realizează cu motorul montat și cu mecanismul antrenat și cuplat sau cu rotorul demontat. Aparatul de măsură este detectorul inductiv, a cărui instrucțiuni sunt utile pentru valorile și indicațiile necesare Abaterile maxime sunt de 30%, în minus, față de valoarea medie măsurată, conform utilizării și a instrucțiunilor traductoarelor. Inductorul este DROC 5.

Măsurătorile și probele sunt necesare la punerile în funcțiune ale mașinilor și de câte ori este realizată o lucrare specifică rotorică. Aceste măsurători se realizează după specificul mașinilor care utilizează motorul. Mașinile cu pornire grea, necesită aceste probe anual, iar celelalte tipuri de utilaje sunt în regulă cu o verificare specifică la doi ani, sau în cazuri de necesitate. Aceste verificări se fac cu:

P 100 kW

Pornirea unei mașini cu peste 4 secunde, este considerată o pornire grea. Apariția zgomotelor, vibrației, asimetriilor, a timpului de pornire sunt considerate cazuri de necesitate, când este mai mult decât potrivită această verificare, chiar pentru toate puterile.

10. Măsurarea rezistenței ohmice la reostatul de pornire și de reglaj al rezistenței de stingere a câmpului

În cadrul acestui test, se măsoară atât rezistența ohmică totală cât și rezistența pentru fiecare plot sau derivație care există. Rezultatele măsurătorilor nu trebuie să fie diferite cu peste 10% față de datele de referință pentru aceeași temperatură. Testele se realizează la puneri în funcțiune și la diferite intervenții la aceste dispozitive.

11.Încercarea de mers în gol

Înaintea oricărei cuplări a motorului are loc o verificarea a sensului de rotației al acestuia după care se va cupla mecanismul antrenat. Se măsoară vibrațiile și mărimea Io. Rezultatele trebuie să se încadreze în toleranța de plus 10% față de datele standard, de referință la aceeași temperatură.

Aceste verificări sunt specifice punerilor în funcțiune, la diversele intervenții asupra înfășurărilor și la schimbări asupra mecanismului de antrenare.

12.Determinarea la pornire a parametrilor electrici

Aceste determinări se fac la motoare cu P 500 kW, având mecanismul antrenat cuplat în condiții normale. La pornirea motorului se măsoară :

curentul absorbit la pornire,

curentul absorbit la turația nominală;

timpul de pornire,

vibrațiile existente

Caracteristicile de pornire trebuie să fie cele corespunzătoare datelor de fabricație, de la fabrică.

Aceste teste se realizează pentru orice intervenție la înfășurări și la schimbarea mecanismului de antrenare.

13. Măsurarea întrefierului care este între stator și rotor

Dacă lungimea statorului este mai mare de 300 mm, atunci măsurarea se realizează prin calibre, la ambele capete.

Pentru mașina cu poli înecați, măsurătorile se realizează în patru puncte aflate la 90º geometrice. Apoi se repetă măsurătorile pentru alte două poziții ale rotorului, care sunt decalate cu câte 90º geometrice față poziția inițială. La motoarele cu poli aparenți, aceste măsurători au loc la mijlocul fiecărui pol, repetându-se la deplasări succesive, cu un pas polar.

Dacă deplasarea rotorului este una dificilă, se admit măsurători numai pentru nouă poziții ale rotorului decalate cu 180º geometrice. Rezultatele au toleranța maximă de plus 10% față de valoarea medie.

Aceste verificări sunt necesare pentru punerea în funcțiune a motorului care s-a transportat demontat și la orice intervenție asupra polilor motorului cu poli înecați sau aparenți.

14. Măsurarea vibrațiilor la lagăre

Aceste măsurători se realizează pentru motoare cu o putere, P > 50 kW, funcție de importanța acestora. La alte motoare, vibrațiile se măsoară doar dacă este necesar. Aceste vibrații trebuie să fie în limitele :

1,06 mm, la turație de 3000 rot./min;

0,10 mm, la turație de 1500 rot./min sau mai mici.

Aceste verificări se fac la puneri în funcțiune și la intervenții asupra rotorului sau a statorului

În continuare, în figura 3.1. este prezentat un raport de încercare la standuri pentru motoarele asincrone trifazate.

Figura 3.1 – Raport de încercări

3.2. Caracteristicile funcționale și de performanță ale motoarelor asincrone

La reglarea vitezei prin schimbarea numărului de poli s-a folosit relația:

Conform acestei relații, pentru o frecvență a rețelei dată, viteza de sincronism n1 poate varia în limite foarte largi, schimbând numărul de perechi de poli p.

Dacă notăm cu p1= p numărul de perechi de poli când cele două jumătăți de înfășurare sunt conectate în serie (conexiunea stea sau triunghi) și cu p2 numărul de perechi de poli la conectarea în paralel a celor două jumătăți (conexiune dublă stea) de obține următoarea relație:

În aceste condiții, conform expresiei turației, viteza de sincronism a motorului se dublează:

Caracteristicile mecanice ale motorului în aceste condiții sunt redate în figura 3.2:

Figura 3.2 – Caracteristicile mecanice la modificarea numărului

de perechi de poli.

Se poate observa că, de obicei, cuplul maxim al motorului Mm1 al motorului în cazul numărului mare de perechi de poli p1 (turație mică) este superior cuplului maxim Mm2 corespunzător unui număr mai mic de perechi de poli p2(turație mare).

Din punct de vedere practic, motorul asincron Dahlander nu necesită decât șase borne (marcate cu asterisc în figura ce descrie motorul) în loc de douăsprezece cât ar fi necesare, la prima vedere, din cele expuse mai sus.

În figura de mai jos se prezintă un comutator automat pentru acest tip de motor, care face și o inversare de faze necesară schimbării sensului curenților în cele două înfășurări ale motorului la trecerea de la viteză mică (conexiune Y), la viteză mare (conexiune YY) (figura 3.3):

Figura 3.3 – Schema electrică de comutare automată a numărului de poli.

Trecerea de la conexiunea stea la conexiunea dublă stea se realizează printr-un proces tranzitoriu de frânare în regim de generator cu recuperarea energiei.

Acest fenomen se poate explica pe baza caracteristicilor mecanice din figura de mai jos unde punctul de funcționare statică inițial (punctul A) trece la viteză constantă din regimul de motor în cel de generator ca frână recuperativă (punctul B), după care, sub influența cuplului de frânare (valoare negativă), viteza scade (figura 3.4):

Figura 3.4 – Procesul tranzitoriu de trecere de la o conexiune Y la YY.

Când viteza, pe caracteristica n = f (M) corespunzătoare conexiunii stea, scade sub valoarea de sincronism (n = ns1) mașina trece din nou în regim de motor și punctul de funcționare se stabilizează în punctul A, dacă între timp nu există modificări ale cuplului rezistent la arbore (Mrez=const).

Motoarele asincrone trifazate cu trei viteze de sincronism se execută cu o înfășurare comutabilă ( Y sau în YY ) și una obișnuită, ambele dispuse în aceleași crestături.

În cazul motoarelor cu 4 viteze de sincronism se execută două înfășurări distincte și comutabile fiecare: 2(Y sau ) în 2YY. Pentru comutarea înfășurărilor statorice se utilizează comutatoare speciale sau contactoare. Din cauza dificultăților de execuție, din punct de vedere practic, nu se realizează motoare asincrone cu mai mult de patru viteze de sincronism. Reglarea vitezei prin modificarea numărului de poli are randament ridicat, dar are dezavantajul că nu se poate realiza decât în trepte, în plus, necesită una sau mai multe înfășurări speciale în stator și un aparataj special de comutație.

Pentru reglarea vitezei prin modificarea alunecării s, s-a pornit de la formula :

.

ajungându-se la determinarea valorii alunecării critice sk și a cuplului maxim Mm al motorului, conform relațiilor de mai jos, pentru Mm și sm:

Valoarea alunecării este oferită de relația:

Alunecarea s este direct proporțională cu rezistența de fază a circuitului rotoric raportată la stator, r2', și invers proporțională cu pătratul tensiunii de alimentare U1. Cum rezistența circuitului rotoric nu poate fi modificată decât în sensul măririi acesteia prin montarea unei rezistențe adiționale Rr (R'r raportată la stator), iar tensiunea efectivă U1 nu poate fi modificată decât în sensul scăderii valorii efective, se obține, conform relației de mai jos, o variație a alunecării s numai în sensul creșterii acesteia conform figurii 3.5:

Figura 3.5 – Variația cuplului la modificarea tensiunii și rezistenței

din circuitul rotoric.

Conform relației ce exprimă dependența n = f(f1, p, s),modificarea turației are loc numai într-o singură zonă și anume, în sensul scăderii turației (ca în figură) sub valoarea nominală (n < nN).

Având în vedere că pierderile prin efect Joule (Pj) sunt proporționale cu alunecarea s:

,

creșterea alunecării va duce implicit, pentru un cuplu de sarcină constant, la scăderea randamentului motorului asincron. Această metodă de reglare a turației este una cu randament scăzut.

Reglarea turației prin modificarea alunecării s variind tensiunea de alimentare șisau rezistența rotorică este practic aplicabilă numai motoarelor cu rotor bobinat care sunt prevăzute cu rezistențe adiționale (Rr) în circuitul rotoric (ca în figura 3.6):

Figura 3.6 – Reglarea vitezei motorului asincron prin modificarea

rezistenței din circuitul rotoric.

În continuare se pot desprinde anumite concluzii referitoare la:

variația vitezei motorului asincron prin modificarea tensiunii de alimentare,

variația vitezei motorului asincron prin modificarea rezistenței din circuitul rotoric

Cu privire la variația vitezei motorului asincron prin modificarea tensiunii de alimentare se constată:

modificarea tensiunii de alimentare se face numai în sens descrescător;

în motor apare o suprasaturație urmată de supraîncălzire;

valoarea cuplului maxim scade;

alunecarea critică rămâne constantă;

scăderea tensiunii este limitată de valoarea cuplului rezistent, existând pericolul de oprire a motorului (fenomen de desprindere), așa cum este prezentată în figura 3.7;

se utilizează în cazul pornirii la tensiune redusă;

reglarea vitezei se realizează numai într-un domeniu redus și sub turația nominală.

Figura 3.7- Variația cuplului la modificarea rezistenței din circuitul rotoric.

Referitor la variația vitezei motorului asincron prin modificarea rezistenței din circuitul rotoric se desprind următoarele concluzii:

se poate aplica numai motoarelor asincrone cu rotor bobinat;

modificarea rezistenței din circuitul rotoric se realizează numai în sensul creșterii acesteia;

la creșterea acesteia valoarea cuplului maxim rămâne aceeași, deci și capacitatea de suprasarcină (figura 3.8):

Figura 3.8 – Variația cuplului la modificarea rezistenței din

circuitul rotoric.

crește alunecarea critică;

crește cuplul la pornire până la valori egale cu cea a cuplului maxim;

se limitează curenții absorbiți de la rețea, mai ales la pornire;

reglarea de viteză se face în sensul scăderii acesteia și într-un domeniu relativ redus, sub turația nominală;

dacă valoarea rezistenței este suficient de mare se pot obține viteze negative, în cazul instalațiilor de ridicat.

3.3. Încercări experimentale

Pentru încercările experimentale ale motoarelor asincrone trifazate se utilizează schema prezentată în figura 3.9.

Figura 3.9 – Schema pentru instalația de încercări experimentale (14)

Componentele prezente în schema electrică sunt:

separatorul, notat cu (Q),

un convertor de frecvență, notat cu (1),

motorul asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit, (2),

traductor de turație (3),

mașina de lucru (4),

traductor de turație, special cu laser (5),

calculatorul care analizează și prelucrează datele semnalului de achiziție, (6).

În cadrul acestor încercări experimentale se urmăresc mai mulți pași necesari, precum:

salvarea și notarea datelor nominale ale motorului,

setarea convertorului de frecvență,

pornirea calculatorului,

pornirea traductorului de turație,

pornirea convertorului de tensiune,

după ce se stabilizează motorul se face comanda pentru a se opri achizițiile datelor referitoare la turație

oprirea convertorului de frecvență,

se transmite comanda pentru reprezentarea grafică,

tipărirea graficului

tipărirea tabelului cu valori

În funcție de tensiunea motorului, în acest caz trifazat, se va folosi alimentarea pentru 400V, la frecvența de 75Hz.

Convertorul de frecvență se setează pe baza algoritmului:

U/f = constant și

f = 50 Hz

După pornirea convertorului de tensiune se așteaptă până motorul intră în regim stabilizat.

Reprezentarea grafică apare pe display, conform curbei:

n = f(t).

Întocmirea graficului și a tabelului cu aceste date duc spre completarea unui tabel, ca în figura 3.10, în urma căruia se determină caracteristica de sarcină.

Figura 3.10 – Tabel cu date experimentale

3.4. Reprezentarea grafică a caracteristicilor pe baza datelor experimentale

Pe graficul determinat pe baza datelor de la subcapitolul anterior, apare un punct de inflexiune, notat cu (A). În acest punct se construiețte tangenta la grafic, prezentat în figura 3.11.

Figura 3.11 – Graficul experimental

Constanta de timp mică a motorului se determină din grafic, conform relației:

Te=T1=OC

Constanta de timp mare a motorului se determină din grafic, conform relației:

Tm=T2=CD

Coeficientul de proporționalitate se determina prin formula:

Funcția de transfer pentru elementul analizat se determină conform relației:

În urma verificărilor experimentale s-au stabilit tipul de element al sistemului, al motorului, printr-o comparare a răspunsului analitic cu cel indicial pentru n = f(t)

În urma determinărilor parametrilor funcției de transfer specifici elementului ales se pot aprecia erorile de măsură și ipotezele de lucru.

ВIВLIОGRΑFIΕ

Andronescu Gh., Comenzi numerice in acționări electrice, Ed. Matrix Rom, București, 2005,

Bălă C., Mașini electrice, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1982,

Bogdanov I., Conducerea roboților, Ed. Orizonturi Universitare, Timișoara, 2009,

Călin S., Dumitrache I., Regulatoare automate, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1985,

Dumitrache I., Tehnica reglării automate, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1980,

Dumitrache, I., ș.a., Automatizări electrice, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1993,

Fransua Al., Măgureanu R., Mașini si acționări electrice. Elemente de execuție, Ed. Tehnică, București, 1986,

Garlașu, Șt., Convertoare statice, Universitatea „Eftimie Murgu” Reșița, Reșița, 1995,

Ionescu G., Traductoare pentru automatizări industriale, vol.2, Ed. Tehnică, București, 1996

Ionescu V., Varga A., Teoria Sistemelor, Ed. All, 1994,

Manolea Gh., Acționări electromecanice. Tehnici de analiză teoretică și experimentală, Ed. Universitaria, Craiova, 2003,

Marian Găiceanu, Acționări electrice. Note de curs, Universitatea “Dunărea de Jos”, Galați,

Muntean N., Convertoare Statice, Ed. Politehnica, Timișoara, 1998,

Ruja, I., Acționări electrice și automatizări – Aplicații, Ed. Eftimie Murgu, Reșița, 1997,

Ruja I., Garlașu Șt., Breabăn F., Controlul mișcării, Ed. Orizonturi Universitare, Timișoara, 2005,

Sângeorzan D., Echipamente de Reglare Numerică, Ed. Militară, București, 1990,

Voncilă I., Călueanu D., Badea N., Buhosu R., Munteanu Cr., Mașini electrice, Ed. Fundației Universitare „Dunarea de Jos”, Galați, 2003.

=== Masina asincrona trifazata suplim ===