DEFINITII SI ELEMENTE CONSTRUCTIVE DE BAZA

DEFINITII   SI ELEMENTE CONSTRUCTIVE DE BAZA

Numim masina asincrona orice masina de curent alternativ,care,la frecventa data a retelei,functioneaza cu o turatie variabila cu sarcina.In continuare, vor fi prezentate numai masinile asincrone fara colector, numite obisnuit masini asincrone sau de inductie care sunt cele mai robuste si sigure in exploatare, motiv pentru care sunt cele mai utilizate. Masina asincrona consta dintr-o armatura statorica, numita pe scurt stator si o armatura rotorica, numita rotor.Statorul format din una sau mai multe pachete de tole are in crestaturi o infasurare monofazata sau trifazata care se conecteaza la retea si formeaza inductorul masinii.Rotorul este format tot din pachete de tole, dar in crestaturi poate avea o infasurare trifazata conectata in stea cu capete scoase in trei inele sau o infasurare in scurtcircuit de tipul unei colivi.De aceea, dupa forma infasurarii rotorului, masinile asincrone se mai numesc masini asincrone cu inele si masini asincrone cu rotorul in scurtcircuit sau cu rotorul in colivie.In afara acestor parti, masina mai are, in functie de destinatie,de tipul de protectie la patrunderea apei si a corpurilor straine in masina, de forma constructiva, de sistemul de racier,

1-pachet tole stator;

2-infasurare stator;

3-pachet tole rotor;

4-infasurare rotor;

5-inele collector;

6-portperii;

7-carcasa;

8-scut;

9-rulmenti;

10-cutia cu placa de borne stator

11-placa borne rotor;

12-capota inele ;

13-ventilator interior;

14-ventilator exterior;

15-borna de putere la pamant.

de putere si tensiune o serie de elemente constructive.   Terminologia generala pentru masi 959j93j nile asincrone,data de STAS 4861-73, cuprinde si terminologia subansamblurilor si pieselor componente.

3.Principiul de functionare

Se considera o masina asincrona cu cate o infasurare asincrona trifazata pe fiecare din cele doua armaturi.Daca infasurarea statorica se conecteaza la o retea trifazata de tensiune si frecventa corespunzatoare,ea va fi parcursa de un sistem trifazat de curenti care vor produce in intrefier un camp magnetic invartite cu viteza unghiulara .Daca armatura rotorica are in acel moment viteza unghiulara ,intr-o infasurare de faza a ei,devenita secundara,se induce t.e.m.

e=(w-w)wkcos(w-w)t=wwkcos wt,

5. Ecuatiile de functionare si schema echivalenta

Ca si la transformator,in afara fluxului util care este comun celor doua infasurari sunt sI fluxuri de dispersie sau de scapari.Luand aceleasi sensuri de referinta pentru curenti :primar-Isi secundar -Ica si la transformator,ecuatiile tensiunilor pentru doua faze omoloage se deduc ale transformatorului,avand aceeasi forma,cu deosebire ca U=0 infasurarea secundara (rotorica) fiind in scurtcircuit(R=0):

=R+jx-=-

O=R1+JX+=+

Daca ecuatiile (5.5) si (3.5) sunt formal asemanatoare,ca fond difera mult.Astfel,campul invartitor de la masina asincronaare fata de infasurare rotorica pulsatia w=p.Totodata,avand in vedere conventia de semne in cele doua infasurari,la masina asincrona,in baza relatiilor (4.16),(4.17) si (4.18),t.e.m.E si E,au valorile

= - wk= - jfwk;

= - wk= -

Fig 5.6, Fluxurile existente ,la functionarea in sarcina a masinii asincrone

jfwk=sunde ksi k sunt factorii de infasurare care tin seama de modul de reparatie a infasurarilor in crestaturi,w =sw in baza relatiei (5.4) iar Eeste t.e.m. cand n=o,s=I si f=f (rotor calat).   Daca in relatiile (5.5.) se inlocuieste E=sE din (5.6) si X=wL=swL=sX, apoi se imparte cu so, se obtine: o=(R/s)+jx+=+. Aceasta relatie corespunde unui rotor echivalent si conduce la o masina echivalenta la care tensiunile si curentii din stator si rotor au aceeasi frecventa ca la transformator,dar apare rezistenta rotorului variabila cu alunecarea s definita si care 5

se va lua ca parametru.Daca relatia (5.7) este pentru un rotor trifazat ca si statorul si se inmulteste cu raportul t.e.m. scos din relatia (5.6),pentru s=1:

/=(wk/wk)=k,   se obtine ecuatia rotorului raportata la stator si sistemul (5.5) devine: =R+jx-=-; o=+ jx I+=+, in care marimile raportate au,ca si la transformator,valorile: R=k; x=kx; I=Ik; E=kE Z=kZ. Ecuatiile (5.9) sunt la fel ca ecuatiile (3.8) ale transformatorului,in care se ia U =0; deci schema echivalenta nu se va deosebi,avand forma din figura 5.7.Aplicand teoremele lui Kirchhoff celor doua ochiuri si in punctul 1,rezulta ecuatiile (5.9) ale tensiunilor si a curentilor

-=-. Spre deosebire de transformatoare,la masina asincrona curentii de gol I au valori de 20-40% din curenti nominali si ajung la 70% la masinile mici sau la masinile mari cu destinatie speciala.Componenta reactiva a lui I pentru a crea campul in intrefier va fi I>0,9I.In cazul acesta,masina asincrona este utilizata ca transformator generalizat.

6.Caracteristicile de functionare

In figura 5.10 s-a reprezentat grafic expresia (5.21),M=f(s),la U=ct si R=0 si,pentru aceleasi conditii,n=f(M) (numita caracteristica mecanica naturala a motorului),deduda din M=f(s) pe baza legaturii dintre turatie si alunecarea definita de relatia (5.4):

n=n(1-s)=(1-s)

In baza observatiilor asupra relatiilor (5.21),(5.22) si (5.23) pentru regimul de motor ,la R=ct si diferite rensiuni U,formele caracteristicilor naturale si artificiale M=f(s)si n=f(M)sunt date in figura 5.11 iar pentru U=ct si diferite rezistente Rintroduse in circuitul rotoric.

7. Pornirea motoarelor cu rotorul bobinat

Se bazeaza pe observatiile de la relatile (5.23) si ilustrate in figura5.12.Motorul se poate porni la cuplu dorit prin introducerea de rezistente in circuitul rotorului. In general ,M=(1,5..1,8) M pentru reducerea timpului de pornire.Avand rezistenta Rin circuitul rotoric si cupland motorul la retea,apare la s=1 (n=0)cuplulu Mcare pune in miscare rotorul,punctul de functionare deplasandu-se din A catre B.Cand ajunge in B trece pe caracteristica care are R<R,in punctual C si procesul porniri,continua pana cand punctual de functionare ajunge in punctual H corespunzator cuplului rezistent M al mecanismului. Trebuie mentionat ca valoarea curentului de pornire Ise poate reduce si prin introducerea in circuit rotoric a unei reactante X,cum reiese din relatia (5.20),pentru s=1.Dar in acest caz scade cuplul de pornire M,cuplul critic M si alunecarea critica s,cum reiese din relatiile corespunzatoare daca se pune in loc de Xvaloarea X+ X,si nu prezinta avantaje.

Fig 5.15.Variatia cuplului in timpul porniri la un motor cu rotorul bobinat cand rezistenta din circuitlu rotoric scad in trepte

8. Pornire motoarelor cu rotorul in colivie

Conectarea direct la retea este utilizata current unde retele de alimentare si mecanisme antrenate permit acest lucru,STAS 1764-70 stabileste pentru motoarele cu puteri pana la kWvalorile I=(4..7,5) I,M=(1,2..2,2) M si=1,9..2,4.Aceste date depend pentru fiecare motor in parte,de putere si turatie.

Fig 5.16. Schema de montaj la pornirea stea-triunghi a motorului asincron.

Fig 5.17.Variatia curentului la pornirea stea-triunghi.

9.Reducerea tensiuni de alimentare

Pentru reducerea curentului de pornire se mai face la motoarele mari prin folosirea autotransformatoarelor coboratoare cu una-doua trepte de tensiune.Dupa trecerea prizelor pe pozitia de tensiune minima se inchide K apoi K (Kdeschis) si motorul porneste cu tensiunea redusa .

Cand motorul ajunge la turatia normala,se trece treptat pe prizele de tensiune mai mare,si in final,se deschide K,apoi se inchide Kalimentand motorul la tensiunea retelei (Kse dechide pentru a nu mai avea curentii in autotransformatorul AT,cand ramane cuplat la retea).

autotransformatorului a motoarelor asincrone.

Fig 5.18. Schema de montaj la pornirea cu

10. Reglarea turatiei prin schimbarea numarului de poli

La motoarele cu rotorul in colivie,se face in trepte (p=numar intreg).Schimband conexiunea unei infasurari ,se pot obtine doua turatii in raportul 1/2. Cand se cer trepte diferite de acest raport,cum este cazul la motoarele pentru ascensoare,se dispun pe stator doua infasurari distinct pentru turatiile respective.Recent a inceput sa se utilizeze modificarea numarului de poli prin modularea campului magnetic din intrefier cand se pot obtine cu aceeasi infasurare,dar schimband conexiunea,doua turatii la care raportul difera de ½

Fig 5.19. Modificarea conexiunilor infasurarilor pentru schimbarea numarului de poli inductori

a-pentru 2p=4; b-pentru 2p=2.

11. Reglarea turatiei prin modificarea frecventei f

a tensiunii de alimentare

Modificarea frecventei unei surse de c.a. se face cu generatoare de c.a. sau convertizoare statice de frecventa.Prin modificarea lai f se modofica turatia de sincronism n si reactantele (x=2fL,x=2fL).Deci,in baza relatiilor (5.21),(5.22) si (5.23),caracteristicile M=f(s) si n=f(M),pentru diferite frecvente si U=CT,arata ca in figura 5.20.Din relatiile (5.6) rezulta ca la UE=CT, cand scade fcreste fluxul si masina se satureaza;cand fcreste, scade si nu este utilizat la posibilitati circuitul magnetic.Deci,o functionare rationala este la ct,adica la U/f=ct,cum reiese reiese din relatia (5.6).Dar considerand in relatia (5.23)RX+X=kf si =kf,se obtine M==k(). Deci la o variatie a tensiunii,de alimentare si a frecventei ei,pentru u/fct, se pastreaza si M,caracteristicile din figura 5.20 aratand in acest caz ca si in figura 5.21. Aceasta metoda de reglare a turatiei este avantajosasa sub aspectul randamentului masinii,dar sursele de tensiune si frecventa variabila sunt inca prea scumpe.

12. Reglarea turatiei prin modificarea alunecarii s

Regland tensiunea de alimentare U,la acelasi cuplu rezistent Mse obtine diverse alunecari s<s diverse turatii. In schimb la motoarele cu rotorul bobinat,prin introducerea de rezistente in circuitul rotoric,la un cuplu Mse pot obtine teoretic turatii de la 0 la n.

Ambele metode nu sunt eficace la cupluri M mici si

La motoarele cu rotorul bobinat,metoda cea mai eficace de reglare a turatiei este prin dubla alimentare a masinii,adica statorul este alimentat de la retea,iar rotorul-cu o tensiune de frecventavariabila .Campul invartitor rotoric,de viteza unghiulara fata de rotor,trebuie sa indeplineasca conditia adica +=

= ct.Deci,cand creste ,respectiv ,scade viteza a rotorului.Daca se schimba succesiunea fazelor rotorului,deci campul se roteste in sens opus

(<0),turatia poate creste peste cea de sincronism =+.

13.Motoare asincrone monofazate

Sunr cu puteri de sub 1 kw.Au pe stator o infasurare monofazata repartizata sau concentrata ,pentru 2p poli si rotorul in colivie.Alimentand infasurarea cu o tensiune monofazata,se produce un camp magnetic sinusoidal in spatiu si pulsatoriu in timp,echivalent cu doua campuri invartotoare de amplitudini egale si turatii egal dar de sens opus.Cuplurile electromagnetice produse de cele doua campuri (direct si invers) au in functie de alimentare aceeasi forma de variatie ca si la masina trifazata.De aceea,masina monofazata se poate echivala cu doua masini trifazate identice,cuplate la acelasi ax,dar cu campurile invartitoare de sens opus.La turatia n a rotorului,alunecarile fata de cele doua campuri sunt:

s=s =(n-n)/n<1; s=(n+n)/n>1.

Reprezentand cuplurile Msi Mproduse de campul direct,respective invers,in functie de alunecarile corespunzatoare,reiese ca la pornire (n=0,s =s=1),cuplul rezultant M=M+M=0,deci motorul nu poate porni.Daca se da un impuls rotorul intr-un sens,deci

n0 si s1,se

Fig 5.22.Echivalarea masinii monofazate Fig 5.23. Cuplurile unei masini monofazat:

cu doua masinii trifazate cu campuri Md -cuplul produs de campul direct:

opuse si cuplate pe acelasi ax Mi-cuplul produs de campul invers.

observa din figura 5.23 ca apare un cuplu M 0 care aceelereaza rotorul in sensul in care s-a dat impulsul.Dar practica cere ca motorul sa aiba un cuplu de pornire M

la n=0 si s=1; pentru aceasta ar fi suficient ca amplitudinile celor doua campuri -direct si invers - sa fie direct.Acest lucru se releralizeaza fie adaugand o infasurare auxiliara pe stator ,fie ecranand mecanic,cu o spira in scurtcircuit,portiuni de polii masinii.

Infasurarea auxiliara,care ocupa o treime din crestaturile statorului,este decalata in spatiu cu 90grade electrice,iar curentii din ea sunt decalati in timp,fata de cei din infasurarea principala,introducand,de regula,un condensator in serie.In acest mod apare un camp rezultant direct si un cuplu de pornire.Dupa pornire,faza auxiliara poare fi scoasa din circuit sau lasata in serie cu un condensator pentru inbunatatirea factorului de putere.La aceste motoare,schimbarea sensului de rotatie se face schimband sensul curentului prin faza principala sau prin cea auxiliara

Motoarele cu poli,numite si cu spira in scurtcircuit au in zona ecranarii un flux

=+, , fiind fluxul inductor marginit de spira,iar fluxul de reactie produs de curentul din spira.Fluxul este decalat in spatiu si timp fata de fluxul partii neecranate a polului,care are directia lui si conduce la un camp invartitor rezultant direct si un cuplu motor.Aceste motoare au sens unic de rotatie.