Caracteristici mecanice artificiale si posibilitati de modificare a vitezei

Caracteristici mecanice artificiale si posibilitati de modificare a vitezei

Acestea se obtin modificand frecventa si/sau amplitudinea tensiunii de alimentare statorice U₁ sau introducand rezistente in circuitul rotoric (doar pentru motorul cu rotorul bobinat). Efectul acestor modificǎri nu se observǎ din expresia caracteristicii mecanice (32), dar ele se resimt asupra alunecǎrii si cuplului critic (relatiile (30^') si (31^')). Sǎ retinem cǎ aceste expresii au fost stabilite in conditiile neglijǎrii lui R₁.

Fig.5

Aliura acestor caracteristici este prezentatǎ in fig.5, prin comparatie cu caracteristica mecanicǎ naturala 1.

Aceste modificari se pot justifica astfel:

- Valoarea rezistentei rotorice nu afecteaza M_k, ci doar s_k; drept urmare, introducerea de rezistente in circuitul rotoric are ca efect mentinerea lui M_k si cresterea lui s_k (deci scade n_k); se observa, de asemenea, cresterea cuplului de pornire M_p.Pastrarea lui M_k si cresterea lui M_p sunt avantajoase la pornirea motorului, aspect mentionat si la observatia de la punctual (c1).

- Modificarea frecventei are mai multe efecte, avand in vedere ca turatia de sincronism (n₁, respectiv W ) sunt proportionale cu frecventa si, de asemenea, reactantele sunt proportionale cu frecventa. Ca atare, din (30^') si (31^') rezulta scaderea lui s_k si M_k . Inclinarea caracteristicii ramane practic aproape neschimbata deoarece

,

unde k^' si k^" sunt constante de proportionalitate intre marimile respective.

- Modificarea tensiunii de alimentare nu afecteaza alunecarea critica, ci doar cuplul critic, care scade cu patratul tensiunii de alimentare.

Din analiza caracteristicilor mecanice artificiale rezulta diverse posibilitati de modificare a vitezei motorului asincron. In primul rand vom considera ca aceasta modificare se face la cuplu rezistent constant, eventual egal cu cuplul nominal. Se recomanda ca modificarea vitezei se in acest caz sa se faca numai in sensul micsorarii ei, pentru ca marirea vitezei ar insemna un consum de putere . Aceasta inseamna o supraincarcare a motorului, care implica o crestere exagerata a curentilor si, daca procesul dureaza un timp indelungat, se produce supraincalzirea masinii, cu efecte nefavorabile asupra duratei ei de viata. Ca atare, functionarea la viteze mai mari ca cea nominala se poate face doar cand cuplul rezistent este sub valoarea celui nominal, asa incat puterea sa nu depaseasca P_n. Se spune ca in acest caz are loc o reglare de viteza la putere constanta.

Conform celor aratate in legatura cu caracteristicile artificiale, rezulta urmatoarele modalitati de reglare a vitezei:

  - Cresterea rezistentei circuitului rotoric: se poate practica doar la motoarele cu rotor bobinat, dar nu se recomanda din cauza pierderilor de energie mari pe rezistentele suplimentare.

- Scaderea tensiunii de alimentare (nu se recomanda, bineinteles, cresterea tensiunii peste valoare U_n) are un efect negativ asupra cuplului critic, care scade cu patratul lui U₁; ca atare, se poate ajunge in situatia in care M_k ajunge sub valoarea cuplului rezistent si motorul decroseaza.

- Modificarea frecventei: scaderea frecventei conduce la micsorarea vitezei si la cresterea cuplului critic. Sub acest aspect procedura este avantajoasa, insa relatiile (12) si (24) arata ca se poate scrie (in conditiile neglijarii caderii de tensiune pe rezistenta statorica):

(36)

unde este valoarea efectiva a fluxului magnetic rezultant util. Deci, in conditiile in care U₁ se mentine neschimbata, scaderea frecventei f₁conduce la cresterea fluxului. Se ajunge rapid la saturarea circuitului magnetic, cu efecte nefavorabile asupra functionarii masinii (printre altele - cresterea curentilor).

In schimb, cresterea frecventei si deci a turatiei peste valoarea nominala n_n poate fi practicata, chiar daca prin aceasta scade cuplul critic. Aceasta deoarece, asa dupa cum s-a mentionat, procedura se poate aplica doar pentru reglaj de viteza la putere constanta, cand masina functioneaza descarcat si nu apare posibilitatea ca M_k sa scada sub valoarea cuplului rezistent.

- Modificarea simultana a tensiunii si frecventei: din cele mentionate, rezulta ca scaderea tensiunii si frecventei are efecte contrare asupra cuplului critic. De altfel, din (31^') se observa ca se poate scrie

(37)

Deci, modificand aceste marimi astfel incat U/f=const.,se mentine neschimbat cuplul critic. De asemenea, din (36) rezulta ca, in aceleasi conditii, nu se schimba nici fluxul , ceea ce este avantajos. In adevar, neajunsul cresterii fluxului a fost mentionat anterior. Nici scaderea acestuia nu este avantajoasa, deoarece la mentinerea constanta a cuplului, rezulta o crestere a curentului I₂ (conform (30) de la 3.2, c). Deci, in functionarea masinii asincrone se recomanda mentinerea constanta a fluxului. Prin urmare, reglarea vitezei la U/f = const prezinta avantaj si din punct de vedere al mentinerii constante a magnetizarii masinii (de mentionat ca in anumite situatii - mai ales la incarcari scazute - se recomanda functionarea cu un flux de valoare redusa).

Trebuie amintit ca relatiile (31^') si (36) au fost stabilite in baza unor simplificari, in principal fiind neglijata caderea de tensiune rezistiva statorica. De aceea si concluziile de mai sus nu sunt intru totul exacte, in sensul ca se constata modificari atat ale fluxului cat si ale M_k, in cazul schimbarii frecventei si a tensiunii. Deosebirile sunt mai pronuntate la frecvente joase, cand in ecuatia (20) scad E₁ si caderea de tensiune reactiva, asa incat ponderea tensiunii R₁I₁, devine considerabila. Acest neajuns poate fi compensat intr-o oarecare masura introducand o tensiune suplimentara compensatoare.

Modificarea frecventei si tensiunii se asigura alimentand corespunzator motorul de la convertor. Procedura U/f = const. ramane una din cele mai folosite, mai ales daca nu se cer performante ridicate.

In afara posibilitatilor de modificare a vitezei care rezulta din analiza caracteristicilor mecanice artificiale, mai mentionam si urmatoarele proceduri:

- Schimbarea numarului de perechi de poli: se practica doar la masina cu rotor in scurtcircuit si se bazeaza pe faptul ca viteza de sincronism este n = pf₁

- Introducerea unei t.e.m. suplimentare in infasurarea rotorului, care se aplica doar la motoarele cu rotor bobinat. Unele scheme de acest gen (reglari in cascada) au in plus, avantajul ca permit recuperarea energiei in perioadele de franare. Costul mai ridicat al instalatiei face ca aceste sisteme sa fie mai rar folosite.

-d) Caracteristici energetice

Se vor discuta aspecte legate de randamentul si factorul de putere al motoarelor asincrone, deci probleme care vizeaza comportarea acestora din punct de vedere energetic.

Pierderile si randamentul acestor motoare se analizeaza similar cu cele de la masinile de c.c. Referiri la puterile vehiculate in masina asincrona se gasesc la 3.3.1,c. Randamentul este

,

unde P₁ este puterea absorbita de la retea, P_M este puterea mecanica cedata la arbore, iar cu s-a notat suma tuturor pierderilor in masina. Curba de variatie a randamentului cu incarcarea motorului este asemanatoare cu cea de la motorul de c.c.

Puterea electrica absorbita de motor este

(38)

in care U₁ si I₁ sunt valorile efective ale tensiunii si curentului pe o faza statorica, iar j este unghiul de defazaj dintre aceste marimi. Dupa cum se vede si din diagrama fazoriala din fig. 2, acest defazaj apare mai ales datorita curentului I₁₀, adica din cauza necesitatii de a magnetiza masina.

Fig.6

Marimea cosj din (38) se numeste factor de putere. Ca si pentru η, aliura curbei cosj = f(P_M) este cazatoare, mai pronuntat in zona puterilor joase. Randamentul si factorul de putere nominale au valori cuprinse cam intre 0,75 si 0,9, valorile mai mari fiind la masinile de putere ridicata.

Functionarea cu factor de putere scazut este neeconomica deoarece, la aceeasi putere, inseamna un curent absorbit mai mare (de fapt, creste componenta reactiva a acestuia). Acest curent marit provoaca pierderi suplimentare de energie pe toate elementele pe care le parcurge: convertor, conductoare de alimentare, transformator de alimentare al sectiei / intreprinderii. Ca atare el trebuie micsorat prin cresterea factorului de putere. De altfel, unitatile economice sunt obligate prin lege sa functioneze la un cosj >0,95 la barele de alimentare ale posturilor de transformare.

Imbunatatirea cosj se face, de obicei, prin compensarea acestuia, adica prin injectarea in diverse puncte a unei puteri reactive de tip capacitiv. Aceasta se realizeaza cel mai frecvent prin montarea de baterii de condensatoare sau prin utilizarea de motoare sincrone care pot functiona in regim capacitiv.

Din punct de vedere al al motorului de actionare, functionarea cu cosj ridicat inseamna, in principal, evitarea subincarcarilor.