Masini de curent alternativ: sincrone si asincrone

Masini de curent alternativ

Masini sincrone. Pentru intelegerea functionarii electromotorului trebuia urmarita formarea curentului alternativ intr-o spira care se roteste in jurul unui ax intr-un camp magnetic.

Numarul de perioade pe secunda determina frecventa curentului alternativ. Curentul alternativ furnizat de centralele electrice din tara noastra are frecventa de 50 perioade pe secunda.

Relatia dintre perioada (T) si frecventa (f) este urmatoarea:

f = 1

T

Curentul alternativ se produce in masini electrice numite alternatoare. Un alternator se compune din doua parti principale:

- statorul care poarta pe suprafata sa interioara infasurarea indusa a masinii.

- rotorul care se roteste in interiorul statorului.

Statorul se construieste din table de fier magnetic (tole) introduse intr-o carcasa din otel sau fonta. Tolele sunt izolate intre ele cu lac sau hartie, pentru a se reduce din actiunea curentilor Foucault ¹⁾, care circula in interiorul carcasei. Ele au pe marginea interioara o serie de crestaturi, in care se asaza infasurarea statorului.

Rotorul de otel sau fonta poarta la periferia sa electromagnetii, formand sistemul inductor. In functie de constructie se produc rotori cu poli aparenti sau ingropati.

La rotorii cu poli ingropati, infasurarea se introduce direct in masa metalica a rotorului. Ei rezista mai bine la fortele centrifuge. Acest gen de rotor se utilizeaza la alternatorii cuplati in turbine, din care cauza, grupul respectiv poarta denumirea de turboalternator sau turbogenerator.

Excitatia inductorului se face cu ajutorul curentului continuu, produs de un generator asezate pe acelasi arbore cu alternatorul.

Functionarea alternatorului. Cand rotorul alternatorului se invarte, liniile de forta dintre poli taie infasurarile bobinelor din stator, inducand in ele f.e.m. Cand toti polii se gasesc intre infasurarile bobinelor din stator liniile de forta nu mai taie infasurarile (f.e.m. este egala cu zero). Rotorul continuand sa se invarteasca, liniile de forta dintre poli incep sa se taie din nou infasurarile statorului inducand f.e.m. Cand polii ajung in dreptul infasurarilor statorului, f.e.m. este maxima. Rotorul continand sa se invarteasca pana se indeparteaza de infasurarile statorului, f.e.m. devenind iar zero, ca sa devina maxima in momentul in care polii rotorului ajung in dreptul infasurarilor statorului.

Frecventa curentului alternativ care ia nastere in stator se determina cu relatia:

f = p.n in care,

f este frecventa curentului;

p - numarul perechilor de poli;

n - rotatii/minut sau in H₂.

f = p ∙ n H₂

Motoare asincrone. Motoarele asincrone sunt cele mai raspandite masini electrice. Ele pot fi monofazate si trifazate.

Motorul asincron se compune dintr-o parte fixa, numita stator si dintr-o parte care se roteste inauntrul statorului, numita rotor.

Statorul este format dintr-o carcasa construita din tole de otel izolate intre ele. Pe suprafata cilindrica interioara se gasesc santuri (crestaturi) paralele cu axul masinii, in care se asaza infasurarile statorului (bobinele) dupa o regula anumita. Fiecare faza are infasurarea ei separata, care se leaga la cate una din bornele motorului (montate in cutia cu borne).

Capacele cutiilor de borne sunt usor demontabile si protejeaza bornele impotriva atingerilor.

La un motor trifazat exista deci in total sase borne. Bornele sunt marcate cu litere, gravatepe placa de conexiuni. Bornele sunt marcate cu litere, gravate pe placa de conexiuni. Inceputul infasurarii fazei intai este marcata cu U, iar sfarsitul cu X; a doua faza este marcata cu V si Y, a treia cu W si Z.

Bornele U, V si W (adica inceputurile infasurarilor se leaga la intrerupatorul respectiv si de aici cu reteaua electrica. Legaturile se fac prin conductoare de sectiune potrivita amperajului, deci puterii motorului si tensiunii retelei.

Bornele X, Y, Z (sfarsitul infasurarilor) se pot lega fie in "stea", fie in "triunghi".

Legarea in "stea" se executa legand bornele X, Y si Z intre ele, iar legarea in "triunghi" se face legand sfarsitul fazei a intaia (borna X) cu inceputul fazei a doua (borna V) si in continuare Y cu W si Z cu U. Pe eticheta motorului se indica tensiunea pentru care motorul este construit si felul legaturii (stea sau triunghi).

Rotorul motorului asincron constituie un circuit inchis care joaca rolul spirei inchise.

Rotoarele motoarelor asincrone sunt de doua feluri: in scurtcircuit sau "colivie de veverita" si bobinate "cu inele".

La motoarele in scurtcircuit in fiecare crestatura se introduce o bara de cupru; toate barele de cupru sunt legate (scurtcircuitate) intre ele pe cele doua parti frontale ale rotorului prin cate un inel ("colivie de veverita"). La aceste motoare rotorul nu are nici o legatura electrica cu exteriorul.

La motoarele cu inele colectoare, infasurarea rotorului este asemanatoare celei a statorului. Inceputurile celor trei infasurari de faza sunt legate intre ele, iar sfarsiturile la cate un inel de contact montat pe arbore si bine izolat de acesta (in total sunt trei inele, din bronz). Fiecare inel aluneca sub cate o perie, tinuta de o port-perie, care este montata fix pe stator.

De la perie curentul rotorului trece la port-perie, de aici printr-un cablu la bornele rotorului (montate pe stator) si in continuare printr-un alt cablu a reostatul (rezistenta) de pornire.

Functionarea motorului asincron se bazeaza pe formarea unui camp magnetic invartitor, la trecerea curentului trifazic, primit de la retea, prin infasurarile bobinelor statorului.

Punerea in miscare a rotorului se produce in urma faptului ca liniile de forte magnetice, traverseaza conductoare din infasurarile rotorului sub tensiune si le imprima acestora o miscare.

Viteza de rotatie a rotorului este intotdeauna mai mica decat viteza de rotatie a campului magnetic invartitor din stator, care depinde de frecventa curentului de alimentare si de numarul perechilor de poli ai infasurarii bobinelor din stator. Daca nu ar exista aceasta diferenta de viteza de rotatie, atunci campul magnetic invartitor nu ar mai taia infasurarile rotorului si deci in aceasta nu ar mai apare f.e.m. de inductie si nici curenti si ca urmare nu s-ar mai naste cuplul de forte care sa miste rotorul si sa puna in functiune motorul.

Din cauza ca rotorul se invarte cu alta viteza decat viteza de rotatie a campului magnetic (viteza de sincronism), motoarele de acest tip se numesc "asincrone".

Tipuri de motoare asincrone. Dupa felul de protectie, motoarele electrice asincrone se construiesc de mai multe tipuri:

- deschise, care sunt destinate pentru incaperi uscate si ferite de praf. Capacele laterale ale statorului sunt deschise, neprotejate, lasand sa intre aerul;

- protejate contra picaturilor de apa, la care deschiderile pentru aerisire sunt asezate in partea de jos a capacelor (obiectele straine si picaturile de apa nu pot patrunde in interior). Astfel de motoare se pot monta si in aer liber, dar nu in ploaie;

- inchise complet, destinate pentru incaperile cu praf sau incaperi umede;

- capsulate, care au capetele arborelui motor si legaturile electrice etansate, adica astupate in asa fel incat apa sa nu poata patrunde, asa ca aceste motoare pot fi folosite si sub apa;

- asigurate contra exploziilor (destinate pentru incaperi cu gaze sau praf care pot forma amestecuri explozive).