PROIECT DE DIPLOMA PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE COMPETENTE PROFESIONALE SPECIALIZAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST Masina sincrona

MINISTERUL EDUCATIEI SI CERCETARII

GRUP SCOLAR DE TRANSPORTURI PLOIESTI

PROIECT

DE

DIPLOMA

PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE

COMPETENTE PROFESIONALE

SPECIALIZAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST

Masina sincrona

1) Masina sincrona este o masina electrica rotativa cu infasurarea statorica conectata la o retea de curent alternativ, iar cea rotorica (care face parte din inductor) la una de curent continuu. Turatia masinii sincrone este constanta, egala cu turatia de sincronism n₁ , indiferent de regimul de functionare (regim stabilizat) si independent de valoarea sarcinii. De aici si denumirea de masina sincrona.

Turatia de sincronism n₁ are expresia cunoscuta de la masina asincrona, adica:

n₁ = 60 f₁ p  

f₁ fiind frecventa retelei la care este conectata infasurarea statorica, iar p - numarul perechilor de poli ai masinii, acelasi in stator si rotor.

Exista masini sincrone, de puteri relativ mici, la care polii rotorici sunt construiti din magneti permanenti.

Masina sincrona este reversibila, regimul de baza fiind insa cel de generator, masina numindu-se in acest caz si alternator. Generatoarele sincrone mari, de tip industrial, se clasifica, dupa tipul masinii primare (a agregatului care le antreneaza), in: turbogeneratoare si hidrogeneratoare.

Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine de abur, gaze sau motoare diesel si functioneaza la viteze mari, n₁ ( 1 500 - 3 000 ) rot/min. Au numar mic de poli, cei rotorici fiind poli incecati (rotorul este monobloc cilindric prevazut cu cresataturi rotorice), adica se asigura un intrefier & constant, iar arborele este orizontal.

Hidrogeneratoarele au ca masina primara o turbina hidraulica, turatia in acest caz fiind de cateva sute de rot/min, iar numarul polilor este mai mare. Au polii rotorici proeminenti (ca si polii statorici ai masinii de curent continuu), intrefierul nemaifiind constant de-a lungul circumferintei interioare a statorului. Arborele este de obicei vertical.

Infasurarea rotorica de curent continuu poate fi alimentata in mai multe moduri:

de la un generator de curent continuu avand axul comun cu al masinii

sincrone, denumit excitatrcice proprie;

de la un generator de curent continuu antrenat separat de o masina

primara, denumit excitatrice separata

de la un grup convertizor static de redresare;

de la insesi bornele generatorului sincron (autoalimentare), prin

intermediul unor transformatoare si instalatii de redresare cu diode sau tiristoare.

3) Principiul de functionare a generatorului sincron trifazat

Pentru functionarea masinii sincrone ca generator, infasurarea de excitatie (rotorica) cu cele de N_e spire este alimentata de la o sursa de tensiune continua, deci strabatuta de curentul continuu de excitatie I_e , iar rotorul actionat de o masina primara la turatia n₁ (rot/min), deci cu viteza unghiulara Ω₁ = 2π n₁/60. Solenatia de excitatie, pe fiecare pol rotoric, este N_eI_e/2p si ea determina un camp magnetic cu o variatie alternativa (periodica) de-a lungul circumferintei interioare a statorului. Luand in considerare numai armonica fundamentala (din descompunerea in serie Fourier a functiei periodice), inductia magnetica din intrefier va avea o variatie sinusoidala in spatiu. Acest camp magnetic insa este un camp magnetic invartitor, caci el se roteste odata cu rotorul. Ca urmare, el este sinusoidal in spatiu si, in fiecare punct din intrefier, sinusoidal in timp.

Campul magnetic invartitor rotoric determina printr-o singura spira a unei infasurari statorice un flux magnetic Φ₀, cu o variatie sinusoidala in timp, adica: Φ₀ (t) = Φ_0m sin ωt, unde ω = pΩ₁ .

O perioada T, a tensiunii sinusoidale induse in faza statorului, are loc in timpul rotirii rotorului cu 2τ_p. . La o rotatie completa se parcurg 2p τ_p. pasi polari. Cum unei perioade T ii corespunde parcurgerea a 2τ_p. pasi polari, frecventa f₁ va fi:

f₁=1/T 2p τ_p n₁/60)/2 τ_p. = pn₁/60

si de aici concluzia ca, la generatorul sincron, frecventa tensiunilor induse in stator (frecventa retelei pe care debiteaza generatorul) se afla intr-un anumit raport cu turatia n₁, cu care este actionat rotorul (turatia de sincronism - turatia campului magnetic invartitor).

Statorul avand o infasurare trifazata (ca la masina asincrona), adica trei infasurari monofazate identice ca dimensiuni si numar de spire, dar decalate in spatiu cu 120/p grade, in fiecare faza statorica se va induce cate o tensiune electromotoare. Aceste tensiuni, cu aceeasi valoare efectiva U_e0 dar defazate in timp cu o treime de perioada (adica 2π/3 radiani) una fata de cealalta, constituie un sistem de tensiuni trifazat simetric. Acest sistem se poate scrie:

u_e01 = √2 U_e0 sin ωt₁

u_e02 = √2 U_e0 sin (ωt - 2π/3) = √2U_e0 sin ω (t - T/3)

u_e03 = √2 U_e0 sin [ωt - 2 (2π/3)] = √2U_e0 sin ω [t - 2(T/3)]

Cu un asemenea sistem de tensiuni trifazat simetric, masina sincrona, functionanad ca generator, poate alimenta un receptor trifazat sau generator poate debita energie electromagnetica unei retele trifazate de la care se alimenteaza ulterior consumatorii.

4) Diagrama fazoriala a generatorului sincron la functionarea in sarcina

Din punct de vedere magnetic, exista deosebire intre masina sincrona cu poli inecati si cea cu ei aparenti, in sensul ca rotorul cu polii aparenti este anizotrop magnetic,a vand reluctanta magnetica dupa axa longitudinala (axa polilor rotorici care este axa fluxului Φ₀) difera de cea dupa axa transversala (axa interpolara ce face 180/2p grade cu cea longitudinala). Aceasta diferentiere este cauzata de faptul ca de-a lungul circumfenitei interioare a statorului, intrefierul δ nu este constant, el fiind mic si practic constant in dreptul polilor rotorici foarte mare pe portiunea dintre acestia (v. fig.6-74,a.). Din aceste motive, la masina sincrona cu poli aparenti, se folosesc relatii intre componente fazoriale ale curentilor, fluxurilor si tensiunilor electromotoare induse, asociate celor doua axe , longitudinala si transversala.

Generatorul cu poli inecati

Daca se noteaza cu X, reactanta corespunzatoare fluxului reactiei de indus (pentru o faza statorica), denumita reactanta ciclica a indusului, atunci se paote scrie U_er = - jX_rI. Pentru tensiunea U, de la bornele fazei statorice (6-113), se obtine expresia:

U = U_e - (R+jX_d) I = U_e0 + U_er - RI - jX_dI = U_e0 - RI -

j(X_r + X_d) I = U_e0 - RI - jX_bI, (6-115)

unde X_s = X_r + X_d este denumita reactanta sincrona a fazei statorice.

In figura 6-76, a este prezentata diagrama fazoriala a tensiunilor si fluxurilor corespunzatoare undei faze statorice a generatorului in sarcina, construita conform (6-115). Constructia acestei diagrame se face astfel:

- arbitrar, se fixeaza U si fata de aceasta I, cu φ in urma (s-a considerat consumator inductiv)

- la U se aduna RI (in faza cu I) si jX_dI (cu π/2 in urma lui I), obtinandu-se U_e

- din U_e se scade U_er = - jX_rI(cu π/2 in urma lui I), rezultand U_e0 conform (6-115), ce face unghiul θ cu U. Unghiul θ' dintre U_e0 si U_e, care este si unghiul dintre Φ₀ si Φ_r, e denumit unghi de sarcina sau unghi intern al masinii. Daca se neglijeaza caderile de tensiune ohmica RI si inductiva X_dI fata de U, atunci U≈U_e0 si θ = θ'. In aceste conditii , unghiul ψ dintre U_e0 si I are valoarea

ψ = θ + φ. La scrierea relatiilor ce urmeaza se va considera θ drept unghi intern (de sarcina) al masinii sincrone;

- cunoscand pozitia lui Φ₀ ( cu π/2 inaintea lui U_e0) si a lui Φ_r (in faza cu I) se obtine fluxul rezultant Φ = Φ₀ + Φ_r.

In general caderea ohmica RI dintr-o faza statorica este relativ mica fata de U (cca 1%) si se poate neglija fata de U, fara a introduce erori sensibile. Cu aceasta neglijare, din diagrama fazoriala reprezentata in figura 6-76, a, se obtine una simplificata ca cea din figura 6-75, b.

Generatorul sincron cu poli aparenti

Inrefierul δ fiind mic, sub polii de excitatie (deci dupa axa longitudinala) si foarte mare intre acesti poli (dupa axa transversala), rezulta o reluctanta magnetica dupa axa longitudinala mai mica decat cea dupa axa transversala. Din aceste motive, reactanta de reactie longitudinala X_r1 va fi mai mare decat reactanta de reactie transversala X_rt. Corespunzator celor doua axe, fluxul reactiei de indus Φ_r se descompune (v. fig. 6-75, d) in doua componente:

Φ_r = Φ_r1 + Φ_rt, (6-116)

fiecare inducand cate o tensiune electromotoare in fazele statorice, tensiuni ce se pot scrie:

U_er1 = - jX_r1I_l si U_ert = - jX_rtI_t, (6-117)

unde, I_t = I sin ψ si I_t = I cosφ reprezinta componentele curentului I, dupa ce doua axe (I = I_l + I_t).

Cu aceasta, relatia (6-113) ia forma:

U_e = U_e0 + U_er = U_er + U_erl + U_ert = U_e0 - jX_rtI_l - jX_rtI_t (6-118)

U = U_e -RI - jX_dI = U_e - RI - jX_d (I₁ + I_t) = U_e0 - RI - jX_lI_l- jX_tI_t,

unde s-au folosit notatiile:

X_t = X_rl + X_d - reactanta sincrona longitudinala;

X_t = X_rt + X_d - reactanta sincrona transversala

Figura 6-77, a reprezinta diagrama fazoriala a tensiunilor, curentilor si fluxurilor (dupa care cele doua axe), pentru generatorul sincron cu poli aparenti (proeminenti).

Se considera cunoscute (din masuratori sau calcule) U, I, φ, R, Xl, Xt si θ constructia diagramei facandu-se astfel:

- arbitrar se fixeaza U si fata de el I, al unghiul φ (s-a considerat sarcina inductiva);

- la unghiul θ, inainte fata de U, se duce axa transversala, dupa care se va gasi si U_e0. , devenind cunoscut si unghiul ψ = θ + φ. Se descompune I in componentele sale (I = I_l + I_t), putandu-se calcula caderile de tensiune.

jX_lI_l, respectiv jX_tI_t care sunt decalate cu π/2 inaintea curentilor I_t, respectiv I_t;

- adaugand la U caderile de tensiune RI, jX_lI_l se obtine, conform (6-118) tensiunea electromotoare U_e0, indusa de Φ₀ (aceasta cu π/2 inaintea lui U_eo)

- se reprezinta fluzul rezultant:

Φ = Φ₀ + Φ_rt + Φ_rt

Daca se neglijeaza caderea de tensiune ohmica RI fata de U, obtine diagrama fazoriala simplificata reprezentata in figura 6-77, b.

In mod asemanator, se pot construi si diagramele fazoriale ale generatorului sincron cu poli inecati si aparenti pentru cazul cand generatorul sincron alimenteaza un consumator cu caracter capacitiv (I defazat inaintea lui U cu unghiul φ).

5) Caracteristicile generatorului sincron trifazat

Cele mai importante caracteristici ale unui generator sincron autonom, adica generator ce alimenteaza singur un receptor, sunt: de functionare in gol, in sarcina, de scurtcircuit trifazat, externa si de reglaj.

Caracteristica de mers in gol reprezinta dependenta dintre U_e0 si I_e, la

n = n₁ = constant si I = 0 (fig.6-78, a). Tensiunea electromotoare remanenta U_e0r, corespunzatoare lui I_e = 0, datorata fluxului remanent de excitatie reprezinta 5-10 % din cea nominala U_e0n (corespunzatoare lui I_e - I_en).

Caracteristica in sarcina reprezinta U = f (I_e) la n, I si cos φ marimi constante. Prezinta improtanta caracteristica in sarcina U = f (I_e) pentru n = n1,

I = I_n si cos φ = 1 (sarcina pur inductiva), deoarece aceasta serveste la determinarea reactantei de dispersie X_d a fazei statorice.

Caracteristica de scurtcircuit trifazat reprezinta dependenta dintre curentul ce strabate o faza statorica ( I = I_sc) si Ie, atunci cand bornele statorice sunt scurtcircuitate (legate direct impreuna, deci U = 0), turatia fiind cea nominala. Prin I_sc se intelege curentul de scurtcircuit. Aceasta caracteristica I_sc = f (I_e) la U = 0 si n = n_n este o dreapta (fig. 6-78, b).

Caracteristica externa reprezinta dependenta U = f (I) la n, I_e si cos φ, marimi constante. Aceasta caracteristica se paote reprezenta in doua ipoteze.

- la funtionare in gol (I = 0), la borne exista tensiunea nominala U_n = U_e0, iar in sarcina, mentinand n si Ie constante, tensiunea la borne se modifica, in sensul ca ea creste cu cresterea lui I la sarcini capacitive datorita efectului magnetizant al fluxului reactiei de indus sau scade cu cresterea lui I la sarcini inductive (curbele cu lunie plina din figura 6-78, c)

- la functionarea in sarcina nominala, cand I = I_e, tensiunea la borne este

U = U_n, iar la sarcini mai mici (I < I_n), tensiunea la borne U va creste sau va scadea fata de U_n, functie de caracterul sarcinii (cos φ) asa ca in fig. 6-78, c - curbele punctate.

Caracteristica de reglaj reprezinta dependenta I_e = f (I) pentru ca la n si cos φ constante, tensiunea la bornele fazei statorice sa se mentina constanta si egala cu cea nominala. Aceste caracteristici depind de natura consumatorului ele fiind reprezentate in figura 6-78, d. La sarcina inductiva, cand U scade cu cresterea lui I, pentru a mentine U =U_n = constanta, trebuie ca odata cu cresterea lui I sa creasca si Ie, pentru a compensa efectul demagnetizant al reactiei de indus. Situatia este inversa la sarcina capacitiva.

6) Randamentul generatorului sincron

Generatorul sincron primeste de la masina sa primara (care actioneaza rotorul), prin intermediul arborelui, puterea mecanica P₁ si cedeaza retelei puterea electromagnetica P₂ = 3 UI cos φ, rezultand un randament η = P₁/P₂. Generatoarele sincrone se construiesc asa fel incat la parametric nominali, randamentul sa fie maxim. Randamentul generatoarelor sincrone este cuprins intre (0 - 0,95) pentru generatore de puteri (0,3 - 3) MVA si (0,95 - 0,99) in cazul celor de (3,5 - 300) MVA.

Daca din P₁ se scad pierderile mecanice p_m (prin frecare si ventilatie) pierderile in fier p_Fe (prin histerezis si curenti Foucault) si pierderile pe = I_e² R_e din infasurarea de excitatie rotorica (considerand excitatoarea pe acelasi arbore cu rotorul generatorului sincron) se obtine puterea electromagnetica interioara P a generatorului sincron, transmisa statorului de catre rotor, prin intermediul campului magnetic invartitor rezultant din intrefier. Aceasta putere P acopera pierderile in cupru din infasurarea statorica P_Cus = 3 I²R si puterea utila P₂ = 3UI cos φ adica P = p_cus + P₂. Cu acestea se poate scrie:

P₁ = P + p_m + p_Fe + p_e = P₂ + p_cus + p_m + p_Fe + p_e rezultand pentru randament expresia:

η = P₂/P₁ = P₁ - (p_cus + p_m + p_Fe + p_e) / P₁.

De remarcat ca in rotor nu exista pierderi in fier, datorita faptului ca rotorul are turatia campului invartitor, deci fluxul resultant este fix relative la rotor.

7) Cuplul electromagnetic la generatorul sincron

Acesta corespunde puterii electromagnetice P = p_cus + P₂. Cum in general pierderile in cupru statoric p_cus = 3I²R reprezinta cca 1% din puterea nominala a generatorului, ele se neglijeaza fata de P₂, putandu-se scrie:

P = P₂ = 3UI cos φ. Folosind diagrama fazoriala simplificata reprezentata in figura 6-77, b, se poate scrie:

P = 3UI cos φ = 3UI cos (Ψ - θ) = 3UI cos Ψ cos θ + 3UI sin Ψ sin θ.

Din aceeasi diagrama mai rezulta:

I cos Ψ = I_t = U sin θ / X_t si I sin Ψ = I_t = U_e0 - U cos θ / X_l (6-120)

Inlocuid (6-120) in (6-119) rezulta pentru puterea electromagnetica P expresia:

P = (U U_e0 / X_t) sin θ + 3/2[U² (X_t - X_t / X_l X_t)] sin 2θ (6-121)

In cazul generatorului sincron cu poli inecati X_l = X_t = X_s si obtinem:

P = (U U_e0 / X_s) sin θ. (6-122)

Unghiul de sarcina nominal θ_n are valori cuprinse intre 20^o si 30^o.

Cuplul electromagnetic M se poate exprima in functie de viteza unghiulara Ω si puterea electromagnetic P, sub forma, M = P / Ω rezultand:

M = P / Ω = (3U U_e0 / Ω X_l) sin θ + [3U² (X_l - X_t) / 2Ω X_l X_t] sin 2θ

(cazul polilor aparenti) (6-123)

M = P / Ω = (3U U_e0 / Ω X_s) sin θ (cazul polilor inecati).

Acesta este cuplul electromagnetic cu care rotorul actioneaza asupra statorului, tinzand sa-l roteasca in sensul turatiei n = n₁ . Statorul fiind insa fix, conform principiului actiunii si reactiunii, se exercita asupra rotorului un cuplu egal ca marime si de sens opus, deci M este un cuplu rezistent in cazul generatorului (se opune sensului de rotire).

Dependenta dintre cuplul electromagnetic M si unghiul θ este denumita si caracteristica unghiulara sau interna a generatorului sincron.

8) Principiul de functionare a motorului sincron trifazat

In cazul functionarii ca motor, masina sincrona primeste energie electromagnetica atat de la o retea trifazata, la care sunt conectate fazele statorice, cat si de la o sursa de tensiune continua, cu care se alimenteaza infasurarea de excitatie rotorica, cedand energie mecanica prin intermediul arborelui sau masinii de lucru pe care o antreneaza.

Infasurarile fazelor statorice fiind conectate la o retea trifazata, deci alimentate cu un sistem de tensiuni trifazat simetric, vor fi parcurse de un sistem de curenti trifazat simetric (impedantele fazelor fiind egale ca marimi complexe - receptor echilibrat), creand un camp magnetic invartitor cu turatia n₁, in sensul corespunzator sensului de succesiune a fazelor. Acest camp magnetic invartitor statoric, din punctul de vedere al efectului sau asupra rotorului este similar cu campul magnetic al unui magnet permanent, ce are forma statorului (cu acelasi numar de poli ca statorul) si care s-ar roti cu turatia n₁, antrenand la aceeasi turatie si campul sau magnetic.

Infasurarea rotorica fiind alimentata de la o sursa de tensiune continua este strabatuta de curentul de excitatie I_e, determinand un numar de poli rotorici egal cu cel din stator. Si rotorul poate fi considerat ca un magnet permanent, cu acelasi numar de poli ca statorul care alterneaza la periferia sa.

In figura 6-79, statorul este reprezentat printr-o coroana fictiva de poli aparenti, egali ca numar cu polii coroanei reale a rotorului. Axele polilor statorici si rotorici, care sunt axele lui θ₀ si θ, se intersecteaza intre ele, formand unghiul θ (ungiul de sarcina).

Principiul de functionare al motorului sincron trifazat se bazeaza pe interactiunea electromagnetica dintre stator si rotor, asemanatoare actiunii dintre doi magneti permanenti (sau doi electromagneti), care au tendinta de orientare relativa astfel incat polii magnetici de nume contrar sa se situeze fata in fata, pana la suprapunerea axelor lor de simetrie magnetica (cand θ = 0). Polii magnetici de semn contrar (N - stator si S- rotor, respective S - stator si N- rotor) isi exercita un anumit cuplu mediu, numai daca acestia sunt practice fata in fata (θ < θ_limita), ceea ce presupune ca cele doua campuri (statoric si rotoric) se rotesc sincron cu aceeasi turatie de sincronism n₁, deci si rotorul. De aici concluzia ca motorul sincron nu are cuplu de pornire, caci la pornire conditia de sincronism nu poate fi indeplinita, turatia n a rotorului fiind mult diferita de cea sincrona. Motorul sincron trebuie adus la turatia de sincronism prin mijloace speciale, cum sunt: folosirea unui motor auxiliar, pornirea in asincron. O metoda speciala de pornire este cea prin variatia frecventei f₁ a tensiunii de alimentare, progresiv de la (5-10) Hz pana la 50 Hz.

9) Puterea si cuplul electromagnetic ale motorului sincron

Motorul sincron trifazat absoarbe de la reteaua trifazata de alimentare puterea P₁, transimte rotorului prin intermediul campului magnetic invartitor din intrefier puterea electromagnetica P si furnizeaza la arbore puterea mecanica P₂. Cu notatiile de la generator, se poate scrie:

P₁ = 3 UI cos φ = P + p_{cu s} + p_{Fe s} = (P₂ + p_m) + (p_{cu s} + p_Fe).   (6-125)

Pierderile in cupru din rotor sunt acoperite de excitatoare a carei putere este P_e.

Se poate defini un randament al motorului sincron trifazat sub forma:

η = P₂ / P₁ + P_e = [P₁ - (p_m + p_cus + p_Fes)] / P₁ + P_e (6-126)

Daca se neglijeaza pierderile din stator (p_cus + p_Fes), fata de P₁, atunci din (6-125) rezulta puterea electromagnetica: P ≈ P₁ = UI cos φ.

Folosind diagramele simplificate din figurile 6-80, b si 6-80, d si procedand ca in cazul generatorului, se obtine expresia puterii electromagnetice:

P = 3 UI cos φ = 3U (U_e0 / X_s) sin θ (pentru poli inecati),

P = 3 UI cos φ = 3 UI cos (Ψ + θ) = 3U (I cos Ψ cos θ - I sin Ψ sin θ) =

= 3 (U U_e0 / X_l) sin θ + 3/2 U² (X_l - X_t / X_l X_t) sin 2θ (poli aparenti) (6-127)

si a cuplului electromagnetic:

M = P / Ω₁ = 3 (U U_e0 / Ω₁ X_s) sin θ (poli inecati)

M = P / Ω₁ = 3 (U U_e0 / Ω₁ X_l) sin θ + 3/2 U² (X_l - X_t / Ω₁ X_l X_t) sin poli aparenti). (6-128)

De remarcat ca pentru cuplul electromagnetic al motorului sincron trifazat (care e un cuplu activ) s-au obtinut aceleasi expresii ca si in cazul cuplului rezistent al generatorului sincron - v. (6-123).

Daca se neglijeaza cuplul corespunzator pierderilor mecanice - v. (6-126) - atunci cuplul electromagnetic M poate fi considerat egal cu cuplul la arbore, dezvlotat de motorul sincron.

10) Pornirea motoarelor sincrone

Dupa cum s-a vazut, amsinile sincrone functioneaza (produc cuplu) numai cand rotorul are viteza de sincronism. La pornire, cand motorul are viteza n = 0, cuplul sau este nul. In consecinta, motoarele sincrone nu pot porni singure, ceea ce constituie dezavantajul esential al lor.

Pentru a pune in functiune un motor sincron, rotorul trebuie adus la viteza de sincronism printr-o metoda oarecare, dupa care se conecteaza statorul la retea si se incarca cu o sarcina mecanica.

Exista doua metode de pornire:

Pornirea cu motor auxiliar. Rotorul este invartit de un motor auxiliar cu

care este cuplat mecanic si adus la turatia de sincronism. Drept motor auxiliar poate fi folosita excitatoarea de curent continuu a motorului sincron, daca este cuplata mecanic cu rotorul. Se regleaza apoi curentul de excitatie pentru a se obtine t.e.m. nominala, si se cupleaza la retea prin sincronizare la fel ca la generatoare.

Motorul auxiliar trebuie sa aiba turatie reglabila pentru a se putea aduce rotorul motorului sincron exact la viteza campului invartitor produs de statorul sau. Pentru a nu mari puterea motorului auxiliar, motorul sincron trebuie pornit numai in gol.

Pornirea in asincron. Barele de amortizare ce se gasesc pe rotor formeaza

colivii, la fel ca la motorul asincron in scurtcircuit. Datorita acestora, motorul sincron prezinta un cuplu electromagnetic asincron, cuplu ce poate fi folosit pentru pornire. Pentru folosirea acestei metode, se leaga mai intai bobinajul de excitatie pe o rezistenta (pentru a se evita aparitia unor tensiuni prea mari intre spirele bobinajului rotoric). Se cupleaza statorul la retea, alimentandu-l eventual cu tensiune redusa (prin bobina de reactanta sau autotransformator). Motorul porneste cu ajutorul cuplului asincron, insa nu poate atinge viteza de sincronism n₀ . Cand viteza ajunge la circa 95% din viteza de sincronism se excita rotorul cu curent continuu, ceea ce prduce un cuplu suplimentar, de acelasi sens cu cuplul asincron, care aduce rotorul la sincronism si pornirea este terminata. In functie de momentul cand a fost excitat motorul, cuplul suplimentar poate fi insa de sens opus cuplului asincron in care caz - dupa excitare - viteza motorului scade; in aceasta ipoteza se intrerupe excitatia si se face o noua incercare, pana cand se nimereste o cuplare favorabila, care produce un cuplu suplimentar de acelasi sens cu cuplul asincron. Asemenea porniri se realizeaza prin instalatii speciale de automatizare.

11) Caracteristicile motorului sincron trifazat

Expresiile cuplului electromagnetic (6-128) raman valabile atat timp cat motorul functioneaza in regim stabil (regim stationar sincron), caci la iesirea din sincronism cuplul devine nul. Ca urmare, caracteristica mecanica n = n₁ = f (M), la U si f1 marimi constante, se reprezinta printr-o dreapta (fig. 6-81, a) pana la M = M_max (cand θ = π / 2 la poli inecati, respectiv θ < π / 2 la poli aparenti), fiind o caracteristica mecanica absolut rigida. La depasirea M_max, motorul iese din sincronism.

Caracteristica unghiulara reprezinta dependenta M = f (θ) la U, f₁ si I_s marimi canstante. Pentru motorul cu poli inecati se poate scrie:

M = 3 (U U_e0 / Ω₁ X_s) sin θ = M_max sin θ (6-129)

iar pentru cel cu polii aparenti:

M = 3 (U U_e0 / Ω₁ X_l) sin θ + 3/2 U² (X_l -X_t / Ω_l X_l X_t) sin 2θ =

= M_s + M_r   (6-130)

unde M_s este numit cuplul sincron, iar M_r, cuplul reactiv care nu depinde de U_e0, deci el exista si in lipsa excitatiei rotorice.

Caracteristicile unghiulare date de (6-129) si (6-130) sunt reprezentate in figurile 6-81, b si 6-81, c. Punctul A de functionare este un punct stabil, spre deosebire de B care este nestabil.

La motorul cu poli aparenti valaorea maxima a cuplului rezultant (curba M - fig. 6-81, c) este mai mare decat a celui sincron (curba Ms), in schimb unghiul intern limita, la care are loc M_max este θ₁ < π /2.

O importanta deosebire o reprezinta caracteristicile de functionare ale motorului sincron trifazat, alimentat cu U, f1 si Ie constante, la cuplu variabil. Aceste caracteristici, reprezentate in figura 6-82, sunt: cuplul util la arbore M2, cuplul electromagnetic M, randamentul n = n₁ si cos φ, toate in fuctie de puterea utila P₂ de la arborele motorului. Cuplul variabil inseamna de fapt puterea la arbore variabila.

Dupa cum s-a vazut (fig. 6-81, a), motorul sincron are proprietatea ca in limitele 0 < M < M_max se roteste cu o turatie constanta (la frecventa f1 data) egala cu cea de sincronism, adica: n = n₁ = 60 f₁ / p, de unde rezulta ca o modificare a turatiei motorului sincron se poate obtine numai prin schimbarea numarului perechilor de poli (p) sau prin alimentarea motorului sincron cu o tensiune de frecventa f₁ reglabila.

In primul caz, avand in vedere ca atat statorul cat si rotorul sunt bobinate, rezulta necesitatea modificarii simultane a lui p in rotor. Este o metoda complicata, permite numai o modificare in trepte a turatiei, motive pentru care se foloseste foarte rar.

Reglarea turatiei prin modificarea lui f₁ (o reglare continua) se aplica din ce in ce mai mult in ultimul timp datorita progreselor deosebite ce se realizeaza in constructia si buna functionare a convertizoarelor statice de frecventa, ce folosesc tiristoarele sau tranzistoarele de putere.

12) Franarea cu motorul sincron

Datorita functionatii masinii sincrone cu turatie riguros constanta (n = n₁) nu se poate obtine o franare prin recuparare de nergie, ca in cazul masinii asincrone.

O franare in contracurent se poate realiza, dar ea prezinta unele dezavantaje: socuri mari de curent in reteaua de alimentare la inversarea a doua faze statorice; cuplul de franare destul de mic; necesitatea unei instalatii suplimentare care sa deconecteze motorul de la retea cand se ajunge la n = 0. Din aceste considerente metoda nu se utilezeaza.

Franarea motorului sincron prin alimentarea statorului de la o sursa auxiliara de curent continuu este posibila, dar nu se foloseste deoarece cuplul de franare este mic si necesita sursa auxiliara (care este costisitoare).

In cazul motorului sincron, se foloseste cu precadere franarea reostatica cand motorului sincron trece intr-un regim de generator, dar fara recuperare de energie. O asemenea franare se obtine prin deconectarea infasurarilor fazelor statorice de la reteaua de alimentare trifazata si conectarea lor la un reostat trifazat (receptor trifazat, echilibrat, pur ohmic), infasurarea rotorica ramanand conectata in continuare la sursa de tensiune continua (la excitatoare). In aceste conditii rotorul continua sa se roteasca datorita inertiei maselor in miscare, rotind totodata si campul magnetic produs de infasurarea rotorica (excitatie). Acest camp magnetic invartitor rotoric induce tensiuni electromotoare in infasurarile statorice, care - la randul lor - determina in reostatul trifazat curenti electrici, motorul devenind generator. Interactiunea dintre acesti currenti (curenti indusi) si campul magnetic rotoric determina un cuplu care se opune sensului de rotire, deci un cuplu de franare, care determina micsorarea turatiei n. Energia cinetica a maselor in miscare se transforma in caldura, prin efectul Joule-Lenz din stator si rezistorul trifazat.

13) Compensatorul sincron

Un regim particular de functionare al motorului sincron trifazat, fara sarcina la arbore (deci mers in gol) il constituie compensatorul sincron. Acesta poate fi receptor sau generator de energie reactiva, dupa cum motorul (in regim de mers in gol) este subexcitat sau supraexcitat.

Compensatoarele sincrone se executa de obicei cu poli aparenti, avand

p = 2 sau 3 perechi de poli si cu puteri cuprinse intre 1 si 75 MVA, la tensiuni de pana la 11 kV. Compensatoarele sincrone functioneaza in general pe barele de 6 sau 10 kV ale statiilor electrice ce alimenteaza receptoarele cu puterea reactiva mai mare, deci la cos φ scazut.

Compensatorul sincron functionand fara sarcina mecanica la arbore are dimensiuni mai reduse decat motorul sincron (la aceeasi putere) si conditiile de pornire mult mai usoare.

Motorul sincron, cu sarcina mecanica la arbore (deci antrenand o masina de lucru), dar supraexcitat, contribuie la imbunatatirea factorului de putere al retelei de la care este alimentat.

14) Motorul sincron pas cu pas

Din numeroasele aplicatii particulare ale masinii sincrone,care necesita realizari de conceptie si constructie speciala (de unde si numele de masini electrice speciale), am ales - ca exemplu - masina sincrona pas cu pas, care are numeroase aplicatii in domeniul constructiei utilajului tehnologic (la masinile-unelte automate cu program, la robotii industriali s.a.).

Masina sincrona pas cu pas este o masina reluctanta magnetica variabila, care are insa bobinajul statoric de tip concentrat (nu uniform repartizat ca la motorul sincron obisnuit), iar invartirea rotorului se face in salturi (pasi). Acest motor se mai numeste si cu impulsuri deoarece la primirea unui plus de tensiune de catre infasurarea statorica, rotorul motorului isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat, denumit pas.

Exista foarte multe variante constructive pentru tip special de motor sincron. In principiu orice motor sincron sau asincron, la o alimentare corespunzatoare a infasurarii statorice, poate functiona in regim de pas cu pas.

Pentru explicarea principiului de functionare a motorului sincron pas cu pas, se considera cazul cand statorul S (fig. 6-84) are poli proeminenti, iar rotorul R numai doi dar tot proeminenti, lipsiti de infasurarea de excitatie. Pe fiecare pol statoric este dispusa cate o infasurare de comanda, concentrata (1-2-3-1'--2'--3') alimentare pe rand, de la o sursa de curent continuu, prin intermediul unui comutator mecanic sau elctronic. Bobinele polilor statorici diametral situati sunt conectate in serie (1-1', 2-2' respectiv 3-3'). Cand se alimenteaza infasurari statorice, apare un camp magnetic inductor (un flux magnetic Φ) a carui oricentare (axa m-n) depinde de care bobinaj statoric (1-1' sau 2-2', respectiv

3-3') este alimentat si de sensul curentului continuu prin acesta. Sub actiunea fortelor electromagnetice rotorul tinde sa ocupe o astfel de pozitie incat reluctanta circuitului magnetic sa fie minima, respectiv fluxul maxim.

La alimentarea bobinajelor 1-1' (fig. 6-84, a) rotorul se deplaseaza pana cand axa sa coincide cu axa longitudinala (m-n) a polilor 1-1'. Alimentand simultan si bobinele polilor 2-2', poli vecini cu 1-1', dar de polaritate opusa (fig. 6.84, b), atunci rotorul va ocupa pozitia axei interpolare celor doua perechi de poli (1-1' respectiv 2-2') alimentati. Rotorul a efectuat, in aceste conditii, un ritm pas de 30^o .

Intrerupand alimentarea polilor 1-1', rotorul va efectua al doilea pas de 30o, orientandu-se dupa directia axei polilor 2-2' (fig. 6-84, c).

Prin alimentarea in continuare, succesiva, in acelasi mod a bobinajelor polilor urmatori, rotorul motorului executa 12 pasi la o rotatie completa. Numarul de pasi pe o rotatie se poate mari prin cresterea numarului de poli in stator si rotor. In acelasi scop, se realizeaza motoare sincrone pas cu pas ce rezulta prin reunirea intr-o singura masina (cu un singur ax) a mai multor statoare si rotoare, decalate spatial unul fata de celalalt.

Din cele de mai sus rezulta ca motorul pas cu pas se comporta ca un convertor electromecanic numeric-analogic. El si-a gasit o larga aplicare in sistemele de comanda pe baza de program a actionarilor masinilor-unelte, a unor mecanisme si dispozitive din comanda perifericelor calculatoarelor, inregistratoarelor X - Y, in tehnica rachetelor etc.

Norme generale de protectia muncii

Art. 171
(1) Angajatorul are obligatia sa ia toate masurile necesare pentru protejarea vietii si sanatatii salariatilor.
(2) Angajatorul are obligatia sa asigure securitatea si sanatatea salariatilor in toate aspectele legate de munca .
(3) Daca un angajator apeleaza la persoane sau servicii exterioare, aceasta nu il exonereaza de raspundere in acest domeniu.
(4) Obligatiile salariatilor in domeniul securitatii si sanatatii in munca nu pot aduce atingere responsabilitatii angajatorului.
(5) Masurile privind securitatea si sanatatea in munca nu pot sa determine, in nici un caz, obligatii financiare pentru salariati.
Art. 172
(1) Dispozitiile prezentului titlu se completeaza cu dispozitiile legii speciale, ale contractelor colective de munc aplicabile, precum si cu normele si normativele de protectie a muncii.
(2) Normele si normativele de protectie a muncii pot stabili:
a) masuri generale de protectie a muncii pentru prevenirea accidentelor de munca ai a bolilor profesionale, aplicabile tuturor angajatorilor;
b) masuri de protectie a muncii, specifice pentru anumite profesii sau anumite activitati;
c) masuri de protectie specifice, aplicabile anumitor categorii de personal;
d) dispozitii referitoare la organizarea si functionarea unor organisme speciale de asigurare a securitatii si sanatatii in munca .
Art. 173
(1) In cadrul propriilor responsabilitati angajatorul va lua masurile necesare pentru protejarea securitatii si sanatatii salariatilor, inclusiv pentru activitatile de prevenire a riscurilor profesionale, de informare si pregatire, precum si pentru punerea in aplicare a organizarii protectiei muncii si mijloacelor necesare acesteia.
(2) La adoptarea si punerea in aplicare a masurilor prevazute la alin. (1) se va tine seama de urmatoarele principii generale de prevenire:
a) evitarea riscurilor;
b) evaluarea riscurilor care nu pot fi evitate;
c) combaterea riscurilor la surs ;
d) adaptarea muncii la om, in special in ceea ce priveste proiectarea locurilor de munca si alegerea echipamentelor si metodelor de munca si de productie, in vederea atenuarii, cu precadere, a muncii monotone si a muncii repetitive, precum si a reducerii efectelor acestora asupra sanatatii;
e) luarea in considerare a evolutiei tehnicii;
f) inlocuirea a ceea ce este periculos cu ceea ce nu este periculos sau cu ceea ce este mai putin periculos;
g) planificarea prevenirii;
h) adoptarea masurilor de protectie colectiva cu prioritate fata de masurile de protectie individuala ;
i) aducerea la cunostinta salariatilor a instructiunilor corespunzatoare.
Art. 174
(1) Angajatorul raspunde de organizarea activitatii de asigurare a sanatatii si securitatii in munca .
(2) In cuprinsul regulamentelor interne sunt prevazute in mod obligatoriu reguli privind securitatea si sanatatea in munca .
(3) In elaborarea masurilor de securitate si sanatate in munca angajatorul se consulta cu sindicatul sau, dup caz, cu reprezentantii salariatilor, precum si cu comitetul de securitate si sanatate in munca .
Art. 175
Angajatorul are obligatia sa asigure toti salariatii pentru risc de accidente de munca si boli profesionale, in conditiile legii.
Art. 176
(1) Angajatorul are obligatia sa organizeze instruirea angajatilor sai in domeniul securitatii si sanatatii in munca .
(2) Instruirea se realizeaza periodic, prin modalitati specifice stabilite de comun acord de catre angajator, impreuna cu comitetul de securitate si sanatate in munca si cu sindicatul sau, dup caz, cu reprezentantii salariatilor.
(3) Instruirea prevazuta la alin. (2) se realizeaza obligatoriu in cazul noilor angajati, al celor care isi schimba locul de munca sau felul muncii ai al celor care isi reiau activitatea dupa o intrerupere mai mare de 6 luni. In toate aceste cazuri instruirea se efectueaza inainte de inceperea efectiva a activitatii.
(4) Instruirea este obligatorie si in situatia in care intervin modificari ale legislatiei in domeniu.
Art. 177
(1) Locurile de munca trebuie sa fie organizate astfel incat sa garanteze securitatea si sanatatea salariatilor.
(2) Angajatorul trebuie sa organizeze controlul permanent al starii materialelor, utilajelor si substantelor folosite in procesul muncii, in scopul asigurarii sanatatii si securitatii salariatilor.
(3) Angajatorul raspunde pentru asigurarea conditiilor de acordare a primului ajutor in caz de accidente de munca , pentru crearea conditiilor de preintampinare a incendiilor, precum si pentru evacuarea salariatilor in situatii speciale si in caz de pericol iminent.
Art. 178
(1) Pentru asigurarea securitatii si sanatatii in munca institutia abilitata prin lege poate dispune limitarea sau interzicerea fabricarii, comercializarii, importului ori utilizarii cu orice titlu a substantelor si preparatelor periculoase pentru salariati.
(2) Inspectorul de munca poate, cu avizul medicului de medicin a muncii, sa impuna angajatorului sa solicite organismelor competente, contra cost , analize si expertize asupra unor produse, substante sau preparate considerate a fi periculoase, pentru a cunoaste compozitia acestora si efectele pe care le-ar putea produce asupra organismului uman.

Bibliografie:

Andronescu, P1. Bazele electrotehnicii, vol I si II. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1972.

Bichir, N., Raduti, C., Diculescu, A.S. Masini electrice, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

Bala, C. Masini electrice - teorie si incercari, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

Bogoevici, N. Electrotehnica si masurari electrice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

Dordea, R. Masini electrice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1970

Manea, Fl., Preda, M., Gavrila, M. Electrotehnica si masini electrice, Bucuresti, Editura Didactica Si Pedagogica, 1976.

Manolescu, P., Ionescu Carmen. Masurari electrice si electronice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1969

Mocanu, C.I. Electrotehnica si utilaj electric in industria metalurgica, vol.2, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1966