Masina asincrona

PROFIL ELECTRICIAN IN INSTALATII ENERGETICE

MASINA ASINCRONA

CAP.I GENERALITATI

Masina electrica este un sistem tehnic care transforma energia mecanica in energie electrica sau invers, ori care modifica parametrii energiei electrice.

Masinile electrice se caracterizeaza prin prezenta unor piese in miscare, in general de rotatie din care cauza se mai numesc masini electrice rotative.

Dupa modul de transformare a energiei se deosebesc:

• Generatoare electrice, care transforma energia mecanica in energie electrica. De exemplu in centralele electrice generatoarele tramsforma energia mecanica primita de la un motor primar (motor termic, turbina).
• Motoare electrice, care transforma enegia electrica in energie mecanica. De exemplu la o actionare electrica, motorul transforma energia electrica primita de la retea in energie mecanica prin care se actioneaza o masina de lucru (strung, macara).
• Convertizoare electrice, care cu interventia energiei mecanice, modifica parametrii unei transmisii de energie electrica, de exemplu tensiunea, curentul, frecventa, numaru de faze, felul curtentului.

Cand masina electrica primeste atat energie electrica cat si energie mecanica si le transforma in caldura, prin efectul Joule, ea are ril de frana.

Transformarea de energie se face cu anumite pierderi, in principal in miezurile magnetice si in infasurarile, in care o parte din energia absorbita de masina se transforma in energie termica, ce se raspandeste in mediul inconjurator.

De aceea, energia tranformata (utila) este mai mica decat energia absorbita de masina electrica. Raportul dintre energia utila si energia absorbita se numeste randament si este intotdeauna subunitar.

Masinile electrice sunt utilizate in toate sferele de activitatate ale omului. Ele formeaza, practic, toate sursele de energie si elementele de actionare in vederea efectuarii unui lucru mechanic de catre mecanisme si instalatii.

Dupa felul curentului avem:

Masini de curent continuu

Masini de curent alternative

Masinile de curent alternativ se impart in:

Masini asincrone

Masini sincrone

Masinile asincrone sunt folosite in special ca motoare electrice.

Numim masina asincrona orice masina de curent alternative ,care,la frecventa data a retelei,functioneaza cu o turatie variabila cu sarcina ,sau masina care are viteza de rotatie diferita de viteza campului magnetic invartitor si este alimentata in curent alternativ.

Prima propunere de masina electrica de tip asincron a fost facuta in 1885 de G.Ferraris.Perfectionari ulterioare importante s-au facut in perioada 1886-1890 de catre N.Tesla siD.Dobrovolschi.

In prezent ,masinile asincrone se executa intr-o gama larga de puteri (de la cativa wati pana la 5Kw);limita puterii pentru care se pot construi masinile asincrone (determinata de rezistenta mecanica a rotorului )este de 12Mw pentru masinile bipolare si de 20 Mw pentru masinile tetrapolare.

Masinile asincrone se utilizeaza aproape in exclusivitate ca motor in actionarile cu turatie practic constanta si mai rar la turatii variabile,din cauza instalatiilor de alimentare costisitoare.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,poduri rulante,macarale,pompe,etc).

Motoarele monofazate sunt utilizate in special in instalatiile de uz gospodaresc (ventilatoare,aeroterme,pompe,masini de spalat rufe,polizoare,masini de gaurit,etc).

La noi in tara se construieste ,la nivelul cerintelor actuale,aproape toata gama de masini asincrone trifazate cu puteri P≤10Mw si monofazate cu destinatie speciala,cu puteri P≤1Kw.In afara acoperirii necesitatilor interne, Romania exporta o mare parte din motoare in zeci de tari,ca unitati independente sau incorporate in utilaje si instalatii .

CAP II. CONSTRUCTIA MASINII ASINCRONE

Partile principale ale unei masini asincrone sunt :statorul,rotorul,portperiile (numai la masinile cu inele),scuturile ,lagarele,cutia de borne,etc.

• Statorul:produce    campul magnetic invartitor si este format din carcasa,pachetul de tole si infasurare statorului .

1. Carcasa se executa din    fonta,din otel sudat sau la masini mici din aliaje de aluminiu .
2. Pachetul de tole este de forma cilindrica,cu crestaturi la partea interioara.Se executa din tabla silicioasa ,laminata la cald sau la rece,cu grosimea de 0,5mm.
3. Infasurarea statorului poate fi monofazata sau trifazata,intr-un strat sau in doua straturi.

Capetele infasurarii statorului sunt legate la o placa de borne .Infasurarea     masinilor trifazate poate fi legata in stea sau in triunghi.Conexiunea poate fi executata in infasurare, in care caz la placa de borne se scot numai trei capete U₁,V₁,W₁,sau poate fi executata prin montarea unor barete la placa de borne ,in care caz la aceasta se scot sase capete notate U₁,V₁,W₁,U₂, V₂, W₂.

• Rotorul:dupa tipul masinii ,poate fi cu inele sau in scurtcircuit .

1. Rotorul cu inele este format din arbore de otel ,pe care este impachetat pachetul de tole prevazut cu crestaturi la exterior.Infasurarea indusului este trifazata si realizata din conductoare izolate introduse in crestaturile rotorului ,similar cu infasurarea statorului.Infasurarea rotorului se leaga in stea,iar cele 3 capete se scot printr-o gaura practicata axial in arbore la capatul unde este montat subansamblul inelelor colectoare.Acestea are 3 inele executate din bronz,alama sau otel izolate intre ele si montate strans pe un butuc izolat.La fiecare inel se leaga unul dintre capetele infasurarii rotorului conectata in stea.
2. Rotorul in scurtcircuit este format din arbore, pachetul de tole prevazut cu crestaturi.

• Subansamblul portperii (numai la masinile cu inele) este prevazut cu perii de carbune-grafit sau metal-grafit,ce freaca pe inelele colectoare.Periile sunt legate la o placa de borne a rotorului,prevazuta cu 3 borne.
• Ventilatorul:la masinile protejate deschise,este montat pe arbore,la interior, un ventilator care asigura circulatia aerului,care este absorbit pe ferestrele de intrare si refulat apoi de ventilator din nou in exterior.La masinile inchise,se monteaza pe arbore la exterior un ventilator care refuleaza aerul peste exteriorul carcasei.Pentu a mari suprafata de racire,carcasa este prevazuta cu mai multe nervuri.

CAP.III PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Functionarea masinii asincrone in regim de motor (cu circuitul rotoric deschis):

Acest mod de functionare ,in care circuitul bobinajului rotoric este deschis, nu are importanta practica,insa urmareste sa puna in evidenta asemanarea care exista inre functionarea transformatorului si cea a masinii asincrone,diferenta intre masina asincrona si transformator fiind de ordin constructiv(infasurare repartizata pe stator si rotor,existenta intrefierului ,etc).

Daca la o masina asincrona cu inele se intrerup toate fazele circuitului rotoric,statorul fiind alimentat de la retea, bobinajul rotoric nu este parcurs de curent ,asupra rotorului nu se produce nici un cuplu si rotorul ramane nemiscat.Masina se comporta ca un transformator ,mergand in gol.Primarul sau este format din statorul masinii,iar secundarul ,de rotorul sau.Deoarece rotorul nu va fi parcurs de curent ,in masina va exista numai fluxul produs de stator ,datorita curentului absorbit din retea.Cea mai mare parte a acestor linii trec prin stator,intrefier si rotor,inlantuind bobinajul rotoric;ele formeaza fluxul principal (util sau inductor).O parte din linii se inchid numai in jurul conductoarelor statorului ,fara a inlantui bobinajul rotoric;aceste linii formeaza fluxul de scapari al statorului .

Campul produs de un bobinaj trifazat este un camp magnetic invartitor.Viteza unghiulara a acestui camp depinde numai de frecventa curentilor din bobinaj si de numarul de perechi de poli,avand valoarea data de relatia:

Unde este pulsatia curentilor iar p numarul perechilor de poli .Deoarece pulsatia curentilor este egala cu pulsatia retelei de alimentare ,se poate scrie: f, in care f este frecventa retelei. Exprimandu-se viteza n₀ a campului invartitor in rotatii pe minut, se obtine pentru aceasta viteza valoarea:

Campul invartitor inductor, rotindu-se, taie atat conductoarele bobinajului statoric cat si conductoarele bobinajului rotoric, cu aceeasi viteza, deci va induce tensiuni electromotoare in ambele bobinaje, ca in orice transformator.

In consecinta, in acest regim, deosebirea intre masina asincrona si transformator consta in faptul ca in timp ce in masina asincrona campul este invartitor, in transformator campul este alternative.

Expresiile tensiunilor electromotoare induse pe faza, sunt:

• in stator:

E₁=4,44 R_W1f_w1O_n

• in rotor:

E_2O=4,44 K_w2f_w2O_n

Ecuatia de functionare si diagrama de functionare a masinii asincrone cu circuitul rotoric de scris sunt absolut identice cu cele ale transformatorului in gol.

Neglijandu-se caderile de tensiune produse in primar de curentul absorbit la functionarea cu circuitul deschis, se poate scrie:

U₁≈E₁

Functionarea in sarcina: In aceasta functionare intervine insa un element nou, si anume: miscarea relativa intre bobinajul rotoric si cel statoric. Datorita acestui fapt se produce si transformarea unei parti din energia electrica in lucrul mecanic sau invers.

In consecinta, transformatorul obisnuit poate fi considerat ca un caz limita de functionare a masinii asincrone, si anume, cazul cand rotorul este imobil si nu are loc o transformare de energie electrica in lucrul mecanic(sau invers).

Se considera un motor cu rotorul scurtcircuitat si statorul cuplat la retea. Infasurarea trifazata a statorului va produce un camp magnetic invartitor, care se roteste cu viteza de sincronism n₀ , in sensul succesiunii fazelor. Campul invartitor induce in stator si in rotor t.e.m. E₁ si E₂ . T.e.m. E₁ impreuna cu caderile de tensiune din stator, va echilibra tensiunea aplicata U₁.T.e.m. E₂ produce in infasurarea rotorului curentii I₂.

Intre acesti curenti in campul magnetic se vor produce forte care vor da nastere unui cuplu de rotatie , astfel incat rotorul va incepe sa se roteasca.Sensul rotatiei se determina tinandu-se seama ca , in conformitate cu regula lui Lenz, efectul se opune cauzei.In consecinta , se va produce miscare astfel incat sa dispara fenomenul de inductie intre stator si rotor , ceea ce este posibil daca rotorul se roteste in acelasi sens cu campul invartitor si au aceeasi viteza n_0. In realitate, rotorul nu poate atinge viteza n₀ deoarece in acest caz liniile de forta ale campului invartitor nu ar mai taia conductoarele din rotor, sau astfel spus, infasurarea rotorului s-ar gasi intr-un camp constant in timp, si deci nu s-ar mai induce t.e.m.E₂ si curentii I₂.Chiar la mersul in gol, turatia rotorului nu ajunge la sincronism, deoarece si la mersul in gol mai exista inca un cuplu rezistent datorita pierderilor.Pentru a invinge cuplul rezistent in sarcina , rotorul are turatia n mai mica desat n₀ astfel incat sa existe viteza relativa n₂ a campului invartitor fata de rotor.In acest caz se induce t.e.m. E₂ , apar curentii I₂ producandu-se si cuplu de rotatie.