Motoare asincrone trifazate

Motoare asincrone trifazate

Sunt cele mai raspandite datorita avantajelor:

- simplitate constructiva;

- cost redus;

- fiabilitate ridicata si intretinere usoara;

- robustete;

- alimentare direct de retea RST;

- caracteristica mecanica semirigida.

Dezavantaje

- posibilitate redusa de reglare a turatiei;

- cuplu de pornire redus.

Constructiv se poate compune dintr-un stator si un rotor.

Statorul - pe rol de inductor este prevazut cu o infasurare trifazata cu ˝p˝ perechi de poli, alimentata de la cele trei faze RST. Datorita dispunerii geometrice a infasurarilor statorice la 120 si defazarii fazelor RST cu acelasi unghi, se creeaza un camp magnetic invartitor, al carui maxim se roteste cu turatia de sincronism:

[rot/min]

Pentru:

rezulta

rezulta

rezulta

Rotorul - pe rol de indus - poate fi realizat in doua variante constructive:

- tip colivie - doua inele de capat si o serie de bare fixate intre ele, astfel incat se creeaza spire in scurtcircuit. Rezistenta circuitului rotoric este de valoare foarte mica (scurtcircuit) si constanta, fara a putea fi modificata din exterior (este determinata constructiv);

- bobinat - realizat din tole si prevazut cu un sistem de infasurari trifazate cu acelasi numar de perechi de poli ˝p˝, capetele infasurarilor fiind legate la un colector format din trei inele montate pe axul motorului. Prin intermediul unor perii, infasurarile pot fi legate direct - rezultand caracteristica naturala, sau indirect, prin rezistente suplimentare - obtinandu-se caracteristicile artificiale.

Alunecarea turatiei motoarelor asincrone

La conectarea inductorului la reteaua RTS apare campul magnetic invartitor cu turatia . Initial rotorul fiind in repaus, prin inductie electromagnetica in infasurarile rotorului apare un sistem de curenti trifazati simetrici de acelasi sens, care prin interactiune cu campul electromagnetic care i-a creat determina aparitia unor forte electromagnetice care pun in miscare rotorul. Turatia rotorului va creste fara sa poata atinge vreodata turatia (in acest caz ), deci, acest fenomen purtand denumirea de alunecare.

Alunecarea relativa se defineste prin relatia:

Turatia reprezinta tocmai turatia relativa intre campul magnetic invartitor si rotor. In regim motor , deci alunecarea . De obicei . Daca , adica rotorul este antrenat cu turatie suprasincrona sau statorul este deconectat, motorul trece in regim de generator.

Functionarea in regim motor este posibila pentru:

Caracteristicile de functionare ale motoarelor asincrone trifazate

1.Caracteristica turatiei

Din relatia alunecarii s, rezulta . Desi , deoarece rezulta ca n este apropiata de (variaza putin cu s) , deci caracteristica de turatie este rigida.

2.Caracteristica factorului de putere cosφ

Deoarece curentul absorbit de motor este inductiv si aproape independent de sarcina, rezulta ca factorul de putere este intotdeauna inductiv , avand valori in intervalul

, pentru. - pentru ambele tipuri de motoare asincrone.

3.(Caracteristica) mecanica

In electrotehnica se demonstreaza relatia:

- momentul curent de lucru;

- momentul critic, corespunzator turatiei critice

Pornind de la relatia si tinand cont de dependenta , se poate trasa curba , sau ., ambele reprezentate grafic in figura 16.

Fig. 16

La pornire (punctul A) avem: si, iar momentul , Mp fiind momentul de pornire.

Daca: , motorul porneste, turatia creste si totodata si cuplul dezvoltat, pana in punctul critic B , dupa care va scadea pana in punctul

care corespunde functionarii motorului in gol ideal.

Din analiza diagramei se constata ca pentru:

Curba prezinta doua zone distincte:

a) de la , pana la , - corespunzatoare pornirii motorului, zona pe care functionarea motorului este instabila ;

b) de la la , - zona pe care functionarea motorului este stabila si caracteristica este rigida.

Punctul C este punctul nominal de functionare pentru care se indica caracteristicile motorului (inscrise pe tablita):

puterea nominala -

turatia nominala -

turatia de sincronism -

rapoartele: si

Alunecarea critica

Se poate calcula cu relatia:

in care: - rezistenta rotorului raportata la stator

- reactanta inductiva la stator

- reactanta inductiva a statorului

prin modificarea se modifica scr., deci forma caracteristicii o familie de caracteristici cu urmatoarele trasaturi:

scr curbe tot mai clasice

scr creste (curbele 2 si 3)

Deci, motoarele cu rotorul bobinat se vor utiliza numai cand e necesar mare sau trebuie reglata turatia .

Pornirea motoarelor asincrone

La pornire, deoarece , vom avea un curent de pornire , rezulta un soc de sarcina, de curent, care provoaca o scadere a tensiunii din retea cu efecte negative asupra cuplului de pornire si asupra functionarii altor consumatori.

Se admite pornirea directa (prin conectare directa) atunci cand , dar, cand din aceeasi retea este alimentat si iluminatul sectiei, se impune , fiind puterea transformatorului de alimentare a sectiei.

Pornirea directa se poate face numai pentru motoare cu puteri pana la , pentru puteri mai mari fiind necesara pornirea indirecta.

Observatie: Curentul nominal al motorului se poate determina cu relatia:

Pornirea directa prin intreruptor (manuala)

Fig.17

e- sigurante fuzibile

a- intreruptor

Pornirea - oprirea se realizeaza manual prin actionarea intreruptorului tripolar a.

Metoda se aplica numai la motoare mici () si la frecvente reduse de comanda.

Se foloseste de obicei un intreruptor pachet sau cu came tripolar. Daca se foloseste un comutator-inversor, se poate realiza si inversarea sensului de rotatie.

Pornirea directa prin contactor(automata)

Se utilizeaza la motoare de puteri mai mari de 2[KW] cand pornirea - oprirea trebuie realizata frecvent sau din mai multe locuri.

Fig.18

e₁- sigurante fuzibile principale

a- intreruptor principal

e₂- siguranta fuzibila pentru protectia circuitului de comanda

e₃- releu termic

b₁- buton de oprire

b₂- buton de pornire

C1- bobina contactorului de comanda

C1₁- contactele principale ale contactorului

C1₂- contact de automentinere (de memorare) a comenzii de pornire

Pentru pornire se apasa pentru un timp scurt butonul b₂, prin aceasta fiind alimentata bobina C1. Ca urmare, prin inchiderea contactelor C1₁ se realizeaza alimentarea motorului, iar prin inchiderea contactului C1₂ motorul ramane pornit si dupa eliberarea lui b₂.

Oprirea se realizeaza prin apasarea butonului b₁, prin aceasta intrerupandu-se alimentarea bobinei C1. ca urmare, se deschid contactele C1₁ oprind alimentarea motorului; prin deschiderea contactului C1₂ motorul ramane oprit si dupa eliberarea butonului b₁.

In timpul mersului la aparitia unei suprasarcini releul e₃ intrerupe alimentarea bobinei C1 determinand oprirea motorului.

Pornirea indirecta

Este necesara pentru motoarele cu putere , la care socul de curent la pornire este mare. Motoarele cu rotorul in scurtcircuit pot fi pornite prin reducerea tensiunii in faza de pornire, aceasta realizandu-se pe urmatoarele cai:

pornirea

prin introducerea in circuitul statoric a unor rezistente sau bobine de pornire

cu ajutorul autotransformatoarelor coboratoare de tensiune U

1.4.3.1. Pornirea

Metoda se poate aplica numai la motoarele electrice proiectate sa functioneze, cu infasurarile statorice legate in (dimensionate pentru acest mod de legare). La pornire infasurarile se leaga in Y , apoi , dupa accelerarea miscarii, se comuta pe .

Fig.19

- tensiunea de linie

- tensiunea pe infasurarile motorului

- curentul prin infasurari

Pentru conexiunea Y putem scrie:

Pentru conexiunea avem:

Din compararea curentilor de linie absorbiti pentru cele doua tipuri de conexiuni, se obtine :

,

in care Z- impedanta infasurarilor

Se constata ca curentul absorbit este de trei ori mai mic la conexiunea Y decat la conexiunea .

Deoarece la motoarele asincrone , rezulta:

.

Deci, momentul de pornire si momentul critic vor fi de trei ori mai mici la pornirea Y fata de functionarea in regim , deci si puterea la pornire este de trei ori mai mica. De aceea, metoda se aplica la instalatiile care nu necesita un cuplu mare la pornire, iar durata pornirii trebuie limitata la strictul necesar. Prin urmare comutarea se recomanda sa se faca automat.

La nivelul diagramelor caracteristcilor mecanice punctul de functionare pleaca din A, urca pe curba 1 (functionare Y) pana in punctul B cand se comuta pe caractersitica (se trece din B in C) de unde urca mai departe pana in punctul nominal de functionare D.

Fig. 20

Pornirea se poate realiza manual sau automat.

Pornirea stea-triunghi cu comanda manuala

Se realizeaza cu ajutorul unui comutator stea-triunghi (Fig. 21)

Fig. 21

Infasurarile statorice ale motorului sunt: AX, BY, CZ.

La pornire comutatorul C se pune pe pozitia 1 (Y), iar apoi se comuta pe pozitia 2 (). Pornirea - oprirea se realizeaza prin intreruptorul a (cu comanda manuala).

Metoda se utilizeeza la puteri mai reduse si la frecvente mici de porniri-opriri.

Pornirea stea-triunghi cu comanda automata si comutare temporizata

In figura 22 este prezentata o schema de pornire stea-triunghi cu comanda automata si comutare temporizata.

Fig. 22

In figura sunt reprezentate urmatoarele elemente:

-sigurante fuzibile principale

a-intreruptor principal

-siguranta fuzibila pentru circuitul de comanda

-releu termic

-buton de oprire

-buton de pornire

C1-contactor pentru alimentarea motorului

C2- contactor pentru realizarea conexiunii triunghi

C3-contactor pentru realizarea conexiunii stea

d-releu de temporizare la eliberare

La apasarea butonului se asigura alimentarea bobinei releului d care isi inchide imediat contactul d realizand alimentarea bobinei contactorului C3.Ca urmare se deschide contactul de interblocare a contactorului C2, iar apoi prin inchiderea contactului se asigura alimentarea bobinei C1. Prin inchiderea contactelor se asigura comutarea infasurarilor pe conexiunea stea, astfel incat la alimentarea lui C1, prin inchiderea contactelor motorul porneste pe conexiunea stea. Prin inchiderea contactului de automentinere motorul ramane pornit si dupa eliberarea butonului .Prin deschiderea contactului se intrerupe alimentarea bobinei releului d, care dupa scurgerea timpului de temporizare isi deschide contactul d,intrerupand alimentarea bobinei C3. Ca urmare se deschid contactele principale ,iar prin inchiderea contactului se asigura alimentarea bobinei C2,care prin inchiderea contactelor asigura legarea infasurarilor in conexiunea triunghi;de asemenea se deschide contactul de interblocare a contactorului C3.Motorul functioneaza in continuare pe conexiunea triunghi pana la apasarea butonului ,cand toate contactoarele si releul d revin in pozitia normala.

Pornirea prin inserierea de rezistoare cu infasurarile statorice

Prin inserierea de rezistoare cu infasuratorile statorice in faza de pornire se poate reduce curentul rotoric.In functie de numarul de rezistoare inseriate, pornirea se poate realiza cu una sau mai multe trepte de pornire.

In figura 23 este prezentata o schema de pornire cu o singura treapta intemediara, in care s-au notat urmatoarele elemente:

-sigurante principale

a-intreruptor principal

-releu termic

-siguranta pentru protectia circuitului de comanda

-buton de pornire

-buton de oprire

R-rezistoare de pornire

C1-contactor pentru alimentarea motorului

C2-contactor pentru suntarea rezistoarelor

d-releu cu temporizare la alimentare

Fig. 23

Schema functioneaza dupa cum urmeaza :

La apasarea butonului se inchid contactele , motorul fiind alimentat cu rezistoarele R inseriate cu infasuratorile statorice. Prin inchiderea contactului se asigura automentinerea comenzii de pornire si dupa eliberarea butonului , iar prin inchiderea contactului se realizeaza alimentarea bobinei releului d. Dupa scurgerea timpului de temporizare, timp in care motorul isi accelereaza miscarea, se inchide contactul d, fiind alimentata bobina contactorului C2. Prin inchiderea contactelor , rezistoarele R sunt scoase din circuit, motorul functionand in continuare pe caracteristica naturala. Prin inchiderea contactului se aprinde lampa de semnalizare h care indica sfarsitul fazei de pornire.

Metoda nu este economica datorita pierderilor pe rezistoarele R, iar sistemul de comanda este complicat. De asemenea metoda este putin eficienta datorita aparitiei unor variatii bruste de curent.

Pornirea cu bobine sau autotransformator

Fig.24

Cu infasuratorile statorice se insereaza niste bobine reglabile manual pe masura ce motorul accelereaza. Dupa atingerea turatiei nominale, bobinele sunt scurtcircuitate de catre contactele contactorului C1. Daca contactele C2 sunt inchise, pornirea se realizeaza prin autotransformator.

Metoda permite reglarea continua a tensiunii motorului si controlul acceleratiei miscarii.

Se foloseste la motoare de putere foarte mare si la porniri rare.

Pornirea indirecta a motoarelor cu rotorul bobinat

La motoarele cu rotorul bobinat, limitarea curentului de pornire se poate realiza prin inserierea de rezistoare in circuitul rotoric.

Pornirea se poate realiza intr-o singura treapta sau in mai multe trepte.

In figura 25 este prezentata o schema de pornire in doua trepte prin introducerea a doua grupuri de rezistoare R1 si R2 care sunt suntate succesiv prin inchiderea contactelor si prin utilizarea in schema de comanda a doua relee de temporizare la alimentare si . Schema functioneaza pe aceleasi principii cu schema din figura 23.

Pornirea se face in doua trepte intermediare. La momentul initial se pleaca din punctul A, motorul functionand pe caracteristica artificiala 1 obtinuta prin inserierea in circuitul rotoric a ambelor grupuri de rezistoare +.In punctul B, dupa scurgerea timpului de temporizare al releului si alimentarea bobinei, se inchid contactele care scot din circuit rezistoarele , motorul trecand pe caracteristica artificiala 2, punctul de functionare deplasandu-se din C in D. Dupa scurgerea timpului de temporizare al releului este alimentata bobina astfel incat prin inchiderea contactelor sunt scoase din circuit si rezistoarele , motorul functionand in continuare pe caracteristica naturala.(punctul de functionare se deplaseaza din E in F).

Prin alegerea corespunzatoare a duratelor de temporizare, cuplul de pornire poate fi mentinut in intervalul ().

Metoda asigura curent de pornire mic si cuplu mare de pornire, la limita egal cu momentul critic: .

Observatie -daca in circuitul rotoric se introduce un reostat trifazic, atunci se poate realiza reglarea continua a turatiei motorului, atat la pornire cat si in timpul lucrului.

Fig. 25

Inversarea sensului de rotatie al motorului asincron trifazat

Sensul de rotatie al motorului asincron este dat de sensul de rotatie al campului magnetic invartitor, care la randul sau este determinat de succesiunea fazelor.

Pentru inversarea sensului de rotatie este deci suficient sa inversam intre ele oricare doua faze. Acest lucru se poate realiza in doua moduri:

Manual, cu ajutorul reversoarelor de sens (figura 26);

Automat, cu ajutorul contactoarelor,figura 27, in care se utilizeaza doua contactoare cate unul pentru fiecare sens de rotatie.

Prin apasarea butonului este alimentata bobina ; ca urmare se deschide contactul (de interblocare) din circuitul bobinei , iar apoi se inchid contactele , realizandu-se rotirea motorului in sensul direct. Se inchide de asemenea contactul de automentinere a comenzii si dupa eliberarea butonului .Apasarea butonului (de rotatie in sens invers) nu are nici un efect datorita contactului care este deschis.

Pentru inversarea sensului de rotatie este necesara mai inai oprirea motorului prin apasarea butonului, astfel incat se intrerupe alimentarea bobinei C1 si se inchide contactul .Prin aceasta, la apasarea butonului se asigura alimentarea bobinei contactorului care prin inchiderea contactelorrealizeaza alimentarea motorului cu doua faze inversate. Se inchide, de asemenea contactul de automentinere a rotatiei in sens invers si dupa eliberarea lui , iar prin deschiderea contactului de interblocare se elimina efectul apasarii butonului .

Contactele auxiliare normal inchise si asigura interblocarea contactoarelor C1 si C2 pentru evitarea comandarii simultane a acestora, fapt ce ar determina punerea in scurt circuit a doua faze..

Fig.26 Fig.27