Masini asincrone

Masini asincrone

Cuprins

Cap.1. Probleme generale

Definitii si elemente constructive de baza

Semne conventionale

Domenii de utilizare

Cap.2. Principiul si ecuatiile de functionare

2.1. Principiul de functionare

2.2. Regimurile de functionare ale masinii asincrone

2.3. Caracteristicile de fnctionare ale masinii asincrone

2.3.1. Caracteristicile de functionare

2.3.2. Caracteristicile motoarelor cu rotoarele de constructie speciala

Cap.3. Alegerea motoarelor electrice de actionare

3.1. Notiuni introductive

3.2. Alegerea tipului constructiv de motor

3.3. Alegerea motoarelor dupa conditii de viteza

3.4. Alegerea motoarelor in functie de caracteristica mecanica a masinii de lucru

Cap.4. Scheme de comanda a sistemelor de actionare electica

4.1. Notiuni introductive

4.2. Scheme de comanda pentru pornirea motoarelor electrice

4.3. Scheme de comanda pentru pornirea in functie de timp a motoarelor electrice

4.4. Pornirea motoarelor cu rotorul in colivei

4.5. Schimbarea sensului de rotatie

4.6. Reglarea turatiei prin schimbarea numarului de poli

4.7. Reglarea turatiei prin modificarea frecventei f₁ a tensiunii de alimentare

4.8. Reglarea turatiei prin modificarea alunecarii

4.9. Motoare asincrone monofazate

Cap.5. Incercarile motoarelor asincrone

5.1. Incercarea in gol

5.2. Incercarea in scurtcircuit

5.3. Proba de mers in sarcina

5.3.1. Metoda de frina electromagnetica

5.3.2. Metoda de incarcare artificilala

Cap.6. Masuri de protectie a muncii si de prevenire si stingere a incendiilor

6.1. Masuri de protectie a muncii

6.2. Masuri de prevenire si stingerea a incendiilor

Cap.1. Probleme generale

1.1. Definitii si elemente constructive de baza.

Numim masina asincrona orice masina de curent alternative, care, la frecventa data a retelei, funcioneaza cu o turatie variabila cu sarcina. In continuare, vor fi prezente numai masinile asincrone fara collector, numite obisnuit masini asincrone sau de inductie, care sunt cele mai robuste si sigure in exploatarea, motiv pentru care sunt cele mai utilizate. Masinile asincrone consta dintr-o armatura statorica, numita pe scurt stator si o armura rotorica, numita rotor. Statorul format din unul sau mai multe pachete de tole are in crestaturi o onfasurare 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 la trei inele sau o infasurare in scurtcircuit de tipul unei colivii. 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 racire, de putere si tensiune o serie de elemente constructive, dintre care o parte sunt date in figura. Terminologia generala pentru masinile electrice, data de STAS 4861-73, cuprinde si terminologia subansamblurilor si pieselor componente. Simbolizarea formelor constructive este data in STAS 3998-74.

1.2. Semne conventionale. In figura 5.2 se dau o parte din semnele convectionale pentru masinile asincrone. Notarea infasurarilor statorice si rotorice se face conform STAS 3503-71. La infasurarea statorica trifazata, cu cele sase capete scoase, bornele sunt notate si asezate pe placa ca in figura 5.3.

1.3. Domenii de utilizare. Se utilizeaza aproape in exclusivitate ca motor in actionarile cu turatie practice constata si mai rar la turatii variabile, din cauza instalatiilor de alimentare costisitoare. Motoarele asincrone trifazate formeaza cea mai mare categorie de consumatori de energie electrica din sistemul energetic, fiind utilizate in toate domeniile de activitate (masini-unelte, poduri rulante, macarale, pompe etc.). Motoarele monofazate sunt utilizate in special in instalatiile de uz gospodaresc (ventilatoare, aeroterme, pompe, masini de spalat rufe, polizoare, masini de gaurit etc.). La noi in tara se construieste, la nivelul cerintelor actuale, aproape toata gama de masini asincrone trifazate cu puteri P≤10 MW si monofazate cu destinatie speciala, cu puteri P≤1 kW. In afara acoperirii necesitatilor interne, Romania exporta o mare parte din motoare in zeci de tari, ca unitati independente sau incorporate in utilije si instalatii.

Cap.2. Principiul si ecuatiile de functionare

2.1. Principiul de functionare. Se considera o masina asincrona cu cate o infasurare trifazata pe fiecare din cele doua armaturi. Daca infasurarea statorica se conecteaza la o retea trifazata de tensiune si frecventa corespunzatoare, ea va fi parcusa de un sistem trifazat de curenti care vor produce in intrefier un camp magnetic invartitor, cu viteza unghiulara . Daca armature rotorica are in acel moment viteza unghiulara , intr-o infasurare de faza a ei, devenita secundara, se induce t.e.m. (relatia 4.19):

e₂=(w₁-w)w₂k_w2 cos(w₁-w)t=w₂w₂k_w2 cos w₂t, in care w₂ este pulsatia t.e.m. induse, iar -viteza relative dintre campul inductor si rotor. Daca infasurarea rotorului se inchide (fig. 5.4), ea va fi parcursa de curenti care, la randul lor produc un camp invartitor de reactie cu o viteza unghiulara fata de infasurarea care l-a produs (relatiile4.10 si 5.1) adica indifferent de turatia rotorului, campul inductor sic el de reactie au aceeasi viteza relative fata de stator. Deci, cele doua campuri sunt fixe intre ele si se pot insuma, dand un camp resultant in intrefier. Prin interactiunea dintre acest camp si curentii din infasurari, se exercita intre cele doua armaturi un cuplu electromagnetic, asa cum s-a aratat si la masina de curent continuu. Relatia arata ca in infasurarea rotorica sunt curenti deci se poate execrita un cuplu, numai daca e₂≠0, adica . In acest caz se spune ca se poate exercita un cuplu numai daca rotorul aluneca fata de campul invartitor inductor.

2.2. Regimurile de functionare ale masinii asincrone. Analiza regiunilor de functionare le masinii asincrone se va face in functie de turatie relative n₂ rotorul fata de campul invartitor inductor produs de stator, adica de turatie n₂=n₁-n.

• La n (0;n₁), deci s (o;1) indusa in conductoarele infasurarii scurtcircuitate a rotorului, produce curentul I₂ iar forta care actioneaza asupra conductoarelor are tendinta sa accelereze rotorul catre turatia a campului invartitor. In acest caz, masina primeste energie si dezvolta la arbore un cuplu mechanic, functionand in regim dupa motor.
• Daca turatia rotorului este n>n₁ deci n₂<0 si s<0 indusa isi schimba polaritatea deci si I₂ iar forta se opune cresterii turatiei n a rotorului. Deci, pentru mentinerea acestei turatii trebuie ca masina sa primeasca energie mecanica pe la arbore. In acest caz masina primeste energie mecanica si da energie electrica functionand in regim de generator.

• Cand rotorul este rotit in sens opus campului invartitor inductor deci are fata de acestea turatie n₂=n₁+n si alunecarea s >1 indusa produce pe I₂ iar forta are sens opus fata de n in sensul opus lui forta si energie electrica de la retea sa aduca rotorul catre turatie de sincronism. Masina functioneaza in regim de frana.  In exploatarea masinilor

electrice sunt intalnite toate regimurile de functionare aratate dar regimul de baza este cel de motor.

2.3. Caracteristicile de functionare ale masinii asincrone

2.3.1. Caracteristicile de functionare. In figura 5.10 s-a reprezentat grafic expresia M_e = f(s), la U₁ = ct si R_p si pentruu acelasi conditii, n = f(M) (numita caracteristica mecanica naturala a motorului), dedusa din M_e = f(s) pe baza legaturii dintre turatie si alunecare definite de relatie. In baza observatiilor asupra relatiilor pentru regimul de motor la R₂ = ct si diferite tensiuni U₁ , formele caracteristicilor naturale si artificiale M = f(s) si in n = f(M) sunt date in figura 5.11 iar pentru U₁ = ct si diferite rezistente R_p introduce in circuitul rotoricin 5.12.

2.3.2. Caracteristicile motoarelor cu rotoarele de constructie speciala. Motoarele cu rotorul bobinat si inele simple, greu de intretinut, iar cele cu colivie normala (cu bare rotunde) au la pornire cuplul mic si curentul mare. De aceea, fara a modifica statorul, se folosesc forme constructive de rotoare cu bare inalte (crestaturi adanci) sau cu colivii duble care la aceeasi putere au la pornire cuplu mare si curent mic cum se arata in figura 5.14. Coliviile rotoarelor se realizeaza prin turnare din aluminiu sau prin sudarea barelor din crestaturi la inelele frontale de scurtcircuit. In acest ultimo caz coliviile pot fi din aluminiu cupru bronz sau alama.

Cap.3. Alegerea motoarelor electrice de actionare

3.1. Notiuni introductive. Prin actionare electromecanica se intelege punerea in stare de functionare a unei masini de lucru. Un system de actionare este format din urmatoarele parti componenete principale: masina de lucru sau masina ce trebuie actionata motorul de actionare (electric, hidraulic sau pneumatic) care pune in miscare masina de lucru, organul de transmisie (uneori lipseste) care face legatura dintre motorul de actionare si masini de lucru si instalatia de comanda a intregului sistem. O problema de baza a actionarilor electrice este alegerea corecta a tipului de motor si determinarea cat mai precisa a puterii acestuia. Alegerea trebuie precedata de investigarea conditiilor in care va lucra motorul si anume:

mediul de lucru (curat sau cu praf sau impuritati; uscat sau umed; daca va lucra in mediu cu pericol de incendiu sau explozie) care determina in principal alegerea gradului de protectie a motorului;

conditii impuse de procesul tehnologic (viteza consta sau reglabila - continuu sau in trepte - cu precizarea limitelor de reglare) care determina in principal alegerea tipului de motor si a schemei de comanda;

caracteristica mecanica a masinii de lucru (adica a dependentei cupluluirezistent produs de aceasta in functie de un anumit parametru cum ar fi viteza sau unghiul de rotatie) care influenteaza alegerea tipului de motor si a puterii acestuia;

regimul de functionare al masinii de lucru (adica modul in care se modifica in timp cuplul rezistent al acesteia) care determinca alegerea puterii motoruui pornid de la conditiile de incalzire.

Motorul de actionare se allege din cataloage avand datele nominale cele mai apropiate de cele rezultate din calcule de proiectare (putere, turatie, tensiuni, curenti la care se mai precizeaza in plus clasa de protectie dimensiunile de gabarit). La alegerea motorului trebuie sa se tina seama si de consideratii de ordin economic cum ar fi: cheltuieli de investitii, cheltuieli de exploatare determinate de consumul de energie, necesitatiile in intretinere, siguranta in functionare.

3.2. Alegerea tipului constructiv de motor. Dimensiunile de gabarit ale motorului se stabilesc din categoria pentru motorul ales si ele trebuie correlate cu cele intregii instalatii. Gradul de protectie se stabileste in functie de conditiile impuse de mediul inconjurator. Comform STAS 5370-70 motoarele electrice li se pot asigura prin constructie doua tipuri de protectie:

• protectia persoanelor contra atingerii partilor interioare si protectia motorului contra patrunderii corpurilor solide, simbolizata cu litera I;
• protectia motorului contra patrunderii apei, simbolizata cu litera P;

Gradul de protectie este simbolizat prin cifre.

I2 - nu este posibila atingerea partilor interioare cu degetele si nici patrunderea corpurilor straine mai mari de 12 mm diametru;

P4 - protectia contra stropirii cu apa din orice directie

IP32 - (sunt realizate ambele tipuri de protectie) - motor protejat contra patrunderii corpurilor straine mai mari de 2,5 mm diametru si contra picaturilor de apa ce cad sub un unghi maxim de 15% fata de verticala.

Pentru medii periculoase se folosesc motoarele cu protectie antigrizutoaza sau protectie antiexploziva. Utilizarea unui motor cu grad de protectie inferior celi impus de mediu de lucru poate conduce la uzura permanenta a acestuia sau la accidente. Nu se recomanda nici folosirea unui motor cu grad superior celui indicat, deoarece pretul motoarelor creste o data cu gradul lor de protectie.

3.3. Alegerea motoarelor dupa conditii de viteza. In functie de necesitatea procesului tehnologic al masinii de lucru actionarile electrice sunt cu viteza constanta sau variabila (reglabila).

• cand turatia de lucru este constanta se recomda motorul asincron (in special cu rotor in scurtcircuit) la puteri mici si mijlocii si motorul sincron la puteri mari.
• daca se impune modificarea in trepte a vitezei, se pot folosi motoare asincrone de constructie speciala cu doua viteze prin modificarea numarului de perechi de poli ai statorului sau se pot introduce organe de transmisie cu mai multe trepte de viteza.
• pentru reglarea continua a vitezei se pot folosi motoare de curent continuu reglabile in principal prin modificarea tensiunii rotorice sau motoare asincrone reglabile, prin modificarea frecventei in ambele cazuri solutiile moderne se bazeaza pe utilizarea unor scheme cu tiristoare.

Stabilirea sistemului de actionare functie de conditiile de viteza trebuie sa tina seama si de cerinte de ordin economic. De exemplu nu se recomanda reglarea vitezei prin modificarea rezistentei din circuitul rotoric (exceptand, eventual, actionarile de putere redusa), din cauza consumului important de energie de rezistentele de reglare.

3.4. Alegerea motoarelor in functie de caracteristica mecanica a masinii de lucru. Forma caracteristicii mecanice a masinii de lucru impune tipul motorului de actionare iar parametrii din domeniul de functionare de pe aceasta caracteristica determina valorile turatiei si puterii nominale ale motorului. In primul rand trebuie avut in vedere ca functionarea sistemului de actionare este posibila numai atunci cand exista un punct de functionare comun corespunzand intersectiei dintre caracteristica mecanica a motorului sic ea a masinii de lucru in domeniul de functionare ca motor. O astfel de situatie a fost ilustrata in figura 18.1 in cae 1 reprezinta caracteristica mecanica naturala a motorului iar 2 este caracteristica mecanica a masinii de lucru (cuplul necesar antrenarii masinii de lucru reprizinta cuplul rezistent pentru motor in exemplul dat el depinde de viteza). Cele doua caracteristici se intersecteaza in A care reprezinta punctual stabil de functionare al sistemului in cazul de fata la parametric nominali (n si M). Daca motorul functioneaza pe o caracteristica mecani artificiala 1, functionarea stabile se realizeaza in pinctul B, la un cuplul M₁ si o turatie n₁. in figura 18.2 este ilustrata o situatie in care in zona admisibila de functionare caracteristica mecanica naturala 1 a motorului nu intersecteaza caracteristica 2 a masinii de lucru si deci nu exista punct de functionare stabil. Functionarea este posibila numai pe o caracteristica mecanica artificiala 1 a aceluiasi motor (punctual A) sau pentru un alt tip de motor cu caracteristica mecanica de forma 1 asa cum este motorul serie de curent continuu (punctual de functionare B). La o serie de sisteme de actionare (pentru ridicarea unei greutati deplasarea unui vehicul) apare in mod frecvent functionarea nu numai in regim de motor (cuplul si viteza au acelasi sens) ci si in regim de franare. In planul caracteristicii mecanice n =f(M), cadranele I si III corespund regimul de motor (cadranul III corespunde functionarii cu semen inverse celor adoptate ca pozitive), iar cadranele II si IV corespund regimului de franare. La alegerea motorului cu o caracteristica mecanica corespunzatoare trebuie avuta in vedere si asigurarea unui cuplu de pornire corespunzator mai mare decat cel rezistent. Uneori acesta se obtine prin functionae pe o caracteristica mecanica artificiala obtinuta prin introducerea unei rezistente in circuitul rotoric atunc cand cuplul de pornire este sub valoarea necesara (vezi de exemplu caracteristicile mecanice din figura 5.12, b). Viteza nominala a motorului se allege astfel incat sa fie cat mai apropiata de a masinii de lucru. Daca diferentele sunt prea mari se apeleaza la un organ de transmisie cu un raport de transmisie convenabil. In cazurile in care apar variatii de cuplu trebuie verifica daca cuplul rezistent maxim la arboreal motorului M_RM < M_a, unde cuplul maxim admisibil M_a este dictat de capacitatea de supraincarcare a motorului sau impus prin valoarea maxima admisibila a curentului. De asemenea este util sa se efectueze si o verificare a incalzirii motorului.

Cap.4. Scheme de comanda a sistemelor de actionare electica

4.1. Notiuni introductive. O schema de comanda cuprinde in general un asamblu de elemente de executie de masurare sau control de protectie precum si elemente intermediare. Pentru ca o schema de comanda sa fie cat mai clara si mai usor de urmarit diferite elemente din schema se reprezinta prin simboluri. In tabelul 22.1 sunt date principale simboluri folosite in scheme de comanda ale actionarilor electrice. Daca intr-o schema exista mai multe contactoare sau relee pentru a le distinge acestea se noteaza cu cate o litera in spatial notat cu x (in tabelul 22.1) bobina unui contactor de linie cu litera L, bobina unui contactor de acceleratie cu A. daca in schema exista mai multe elemente care indeplinesc acelasi rol, de exmplu contactoare de accelerare, ele se noteaza cu aceeasi litera precedata de o cifra 1A, 2A. pentru intelegerea mai usoara a modulului de functionare a schemei de comanda partile componente ale unui element se amplaseaza de obicei in circuitul in care actioneaza. Astfel in figura 22.1 este reprezentata schema de cuplare a statorului unui motor asincron trifat la retea. Cuplarea la retea se face cu ajutorul unui buton de pornire P, prin intermediul unui contactor de linie L. se observa ca butonul P si bobina contactorului de linie L se amplaseaza intr-un circuit separate numit circuit de comanda iar contactele normale deschise L, in circuit de cuplare a statorului motorului la retea numit circuit de forta. Deoarece atat bobina contactorului L, cat si contactele L sunt parti componente ale aceluiasi litera semnificativa. Starea unui contact normal inchis sau normal deschis corespunde starii nealimentate a bobinei aparatului respective. De exemplu contactele L din circuitul de forta in figura 22.1 corespund starii in care bobina contactului L este nealimentata. Ele sunt normal deschise deoarece atat timp cat nu este actionat butonul de pornire P , bobina contactorului L este nealimentata si nu actioneaza asupra contactelor. In momentul actionarii butonului de pornire P, bobina contactului L este alimentata si actioneaza asupra contactelor sale, inchizandu-le.

4.2. Scheme de comanda pentru pornirea motoarelor electrice. Pornire motoarelor electrice se face fie prin cuplarea directa la retea fie prin intermediul rezistentelor de pornire, atunci cand se impune limitarea curentului de pornire.

In general pornirea directa nu pune probleme deosebite in legarura cu schemele de pornire ea facandu-se fie cu ajutorul unui intrerupator manual intercalate in circuitul de forta al motorului fie cu ajutorul unui buton de pornire si al unui contactor montarea dupa o schema principala ca cea din figura 22.1.

In cazul pornirii cu trepte de rezistenta este necesar ca scoaterea treptelor sa se faca treptat in mod automat pentru a se evita variatiile bruste de viteza sau depasirea valorilor limita ale curentilor.

In figura 22.1 este reprezentata schema de pornire directa a unui motor asincron trifazat cu rotorul in scurtcircuit. Dupa cum se observa pornirea se realizeaza cu ajutorul unui contactor de linie L, ale carui cantacte L din circuitul de forta realizeaza cuplarea statorului motorului la retea. In schima este prevazuta si un intrerupator manual I, care rolul de cuplare a intregii scheme la reteaua de alimentare, fara a realize pornirea motorului cid oar pregatind-o. Comanda pornirii se da apasand butonul de pornire P. in aceasta situatie fiind inchis intrerupatorul I, circuitul de comnda se inchide (este alimentat) intre fazele S si T ale retelei si anume de la faza S prin siguranta fuzibila S₂ prin butonul de oprire O (normal inchis) prin butonul de pornire P, care este apasat prin bobina contactrului L, prin cantactul releului termic R (normal inchis) prin sigurata fuzibila S₁ la faza T. inchizandu-se circuitul bobinei contactorului L, acesta va functiona si isi va inchide contactele sale L din circuitul de forta realizand cuplarea statorului motorului la retea deci pornirea motorului. O data cu inchiderea celor trei contacte L din circuitul de forta al motorului se mai inchide si contactul L care este legat in paralel cu butonul de pornire P. Prezenta acestui contact este necesara deoarece butonul de pornire P se mentine inchis numai atat timp cat este apasat. Daca nu este apasat circuitul de alimentare al bobinei contactorului L se deschide se vor deschide contactele L din circuit de forta si motorul se opreste. Contactul L montat in paralel cu butonul P asigura alimentarea bobinei L, chiar daca butonul P nu mai este apasat si se numeste contact de blocarea a butonului de comanda. Dupa cum se observa, cele doua circuite ale schemei sunt protejate si anume: circuitul de comanda prin sigurantele fuzibile S, iar circuitul de forta este prevazut pe doua faze cu elementele de incalzire ale unui releu termic RO care atunci cand sarcina motorului creste peste limita admisa comanda deschiderea contactului RO din circuitul bobinei contactorului L si deci motorul se opreste. Motorul poate fi oprit prin apasarea butonului de oprire care deschide circuitul bobinei contactorului L. Pornirea motorului in ambele sensuri se realizeaza utilizand doua contactoare de linie unul pentru mers diret (D) si al doilea pentru mers invers (I). in adevar dupa cum se stie pentru inversarea sensului de rotatie al unui motor asincron trifazat este necesar sa se inverseze legaturile a doua faze ale motorului de retea. Se observa ca daca functioneaza contactorul D, motorului se realizeaza urmatoarele legaturi intre fazele retelei si ale motorului. Daca functioneaza contactorul I, se realizeaza legaturi R - V, S - U, T - W, deci se inverseaza legaturile fazelor U si V ale motorului.

4.3. Scheme de comanda pentru pornirea in functie de timp a motoarelor electrice. Pentru a realize pornirea motoarelor electrice in functie de timp este necesar ca in schema sa fie folosita relee de timp. In figura 22.4 se da schema de pornire a unui motor de curent continuu cu excitatie derivatie in functie de timp pornirea facandu-se cu doua trepte de rezistenta R₁ si R₂. Schema functioneaza astfel: se inchide intreruptorul manual I, punandu-se sub tensiune infasurarea de excitatie a motorului si pregatirea astfel pornire sa. Apasand butonul de pornire se inchide circuitul bobinei contactorului de linie L. Prin acestea se inched contactele L din circuitul indusului motorului M (1-2) prin circuitul bobinei releului de timp si pentru blocarea butonului de pornire. Inchizandu-se circuitul indusul motorului M este cuplat intre bornele + si - ale retelei deci motorul incepe sa functioneze avand legate in serie cu circuitul indusului rezistentele de pornire R₁ si R₂. Prin inchiderea circuitului este pusa sub tensiune bobina releului de timp. In cazul motorului asincron, treptele de resistenta pentru pornire se introduc in circuitul rotoric al motorului o astfel de pornire fiind deci posibila numai in cazul motorului asincron cu rotorul bobinat. Schema functioneaza la fel ca cea precedenta cu mentiunea ca contactoarele 1A si 2A scurtcircuiteaza treptele de rezistenta 1R respective 2R, pe toate cele trei faze rotorice. Se pot folosi contactoare de linie I si de accelerare 1A prevazute cu relee pendulare de timp adica si cu contacte normal deschis cu temporizare la inchidere sau se pot utilize contactoare obisnuite si relee de timp.

4.4. Pornirea motoarelor cu rotorul in colivei.

Conectarea direct la retea este utilizata curent unde retelele de alimentare si mecanismele permit acest lucru. STAS 1764-70 stabileste pentru motoarele cu puteri pana la 132 kW valorile I_p =(4..7,5) I_n, M_p = (1,2...2,2) M_n si = 1,9.2,4. Aceste date depend pentru fiecare motor in parte de putere si turatie.

Pornire stea-triunghi se poate aplica la motoarele care au scoase cele sase capete ale infasurarii statorice si care pot functiona in triunghi la tensiunea retelei trifazate la care se va cupla. Deci un motor cu tensiunile de lucru 220/380 V se poate porni stea-triunghinumai la reteaua de 220 V. In momentul porniri se conecteaza K₁ (cu K₂ pe pozitia y) si curentul de linie este:

I_yp = U_1f/Z_k = U₁/3Z_k unde Z_k este modulul impedantei circuitului din figura 5.7 cand s = 1, deci n = 0. Dupa stabilirea curentului in pct. B din fig 5.17 se trece K₂ pe pozitia ∆ si punctual de functionare trece in C, stabilindu-se in punctual D coresponzator lui M_r. Daca pornirea se face direct in triunghi adica de trei ori mai mare decat la pornire in stea. Dar la pornirea in stea avand o reducere de tensiune U_1f = U₁/3 in baza relatie cuplul de pornire scade tot de trei ori si motorul nu poate porni in plina sarcina.

• Reducerea tensiunii 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 K₂, apoi K₁ (K₃ este deschis) si motorul porneste cu tensiune redusa. Cand motorul ajunge la turatia normala se trece treptat pe prizele de tensiune mai mare si in final de deschide K₂ apai se inchide K₃ alimentand motorul la tensiunea retelei (K₂ se deschide pentru a nu mai avea curenti in autotransformatorul At, cand ramane suplat la retea).

4.5. Schimbarea sensului de rotatie. Este echivalenta cu schimbarea sensului campului invartitor care face prin inversarea succesiunii a doua faze. Din relatia (5.24) reiese ca turatia se poate regla prin schimbarea numarului de poli a frecventei tensiunii de alimentare si a alunecarii rotorului fata de turatia de sincronism a campului invartitor.

4.6. Reglarea turatiei prin schimbarea numarului de poli. La motoarele cu rolul in colivie se face in trepte (p=numar intreg).schimband conexiunile unei infasurari (fig 5.19) se pot obtine doua turatii in raportul ½. Cand se cer trepte diferite de acest raport cum este cazul la motoarele pentru ascensoare se dispun pe stator doua infasurari distincte pentru turatiile resprective. Recent a inceput sa se utilizeze modificarea numarului de poli prin modularea campului magnetic din intrefier cand se pot obtine cu aceeasi infasurea dar schimband conexiunile doua turatii la care raportul diferade 1/2.

4.7. Reglarea turatiei prin modificarea frecventei f₁ 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 lui f₁ se modifica turatia de sincronism n₁ si reactantele (X₀₁ = 2 f₁ L₀₁, X₀₂ = 2 f₁ L₀₂). Deci in baza relatiilor si caracteristicile M = f(s) si n = f(M) pentru diferite frecvente si U₁ = ct arata ca in figura 5.20. Din relatia (5.6) rezulta ca la U₁ ≈E₁ = ct, cand scade f₁ creste fluxul si masina se satureaza; cand f₁ creste scade si nu este utilizat la posibilitati circuitul magnetic. Deci o functionare rationala este la = ct adica U₁/f₁ = ct cum reiese din relatia (5.6). Deci la o variatie a tensiunii de alimentare si a frecventei ei pentru U₁/f₁ ≈ct se pastreaza si M_kM caracteristicile din figura 5.20 aratand in acest caz ca in figura 5.21. Aceasta metota de reglare a turatiei este avantajoasa sub aspectul randamentului masinii dar sursele de tensiune si frecventa variabila sunt inca prea scumpe.

4.8. Reglarea turatiei prin modificarea alunecarii. Regland tensiunea de alimentare U₁ la acelasi cuplu rezistent M_r, se obtin diverse alunecari s < s_k si in baza relatiei diverse turatii. In schimb la motoarele cu rotorul bobinat prin introducerea de rezistente in circuitul rotoric la un cuplu M_r se poate obtine theoretic turatii de la 0 la n_n. Ambele metode nu sunt eficace la cupluri M₀ mici. La motoarele cu rotorul bobinat metoda cea mai eficace de reglare a turatiei este prin dubla alimentare a masini adica statorul este alimentat de la retea iar rotorul - cu o tensiune de frecventa f₂ variabila. Campul invartitor rotoric de viteza unghiulara fata de rotor trebuie sa indeplineasca conditia adica = ct. Deci cand creste f₂ respectiv scade viteza a rotorului. Daca se schimba succesiunea fazelor rotorului deci campul se roteste in sens opus turatia poate creste peste cea de sincronism.

4.9. Motoare asincrone monofazate. Sunt de puteri de sub 1 kW. Au pe stator o infasurare monofazata repartizata sau concentrate 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 invartitoare de amplitudini egale si turatii egale dar sens opus cum reiese din relatia (4.8). Cuplurile electromagnetice produse de cele doua campuri (direct in invers) au in functie de alunecare aceeasi forma de variatie ca si la masina trifazata. De aceea masina monofazata se poate echivala cu doua masini trifazate identice cuplate pe acelasi ax dar cu campuri invartitoare de sensuri opuse. La o turatie n a rotorului alunecarile fata de cele doua campuri. Daca se da un impuls rotorului intr-un sens deci n ≠ 0 si s ≠ 1 se observa din figura 5.23 ca apare un cuplu M ≠ 0 care accelereaza rotorul in sensul in care s-a dat impulsul. Dar practica cere ca motorul sa aiba un cuplu de pornire Mp la n = 0 si s = 1 pentru aceasta ar fi suficient ca amplitudinile celor doua campuri direct si invers sa fie diferite. Acest lucru se realizeaza fie adaugand o infasurare auxiliara pe stator die ecranand magnetic cu o spira in scurtcircuit portiuni din polii masinii. Infasurarea auxiliara care ocupa o treime din crestaturile statorului este decalata in spatiu ce 90⁰ electrice iar curentii din ea sunt decalati in timp fata de cei din infasurarea principala introducand de regula un condesator in serie. In acest mod apare un camp resultant direct si un cuplu de pornire. Dupa pornire faza auxiliara poate fi scoasa din circuit sau lasata in serie cu un condesator pentru imbunatatirea factorului de putere. La aceste motoare schimbarea sensului de rotatie se face schimband sencul curentului prin faza principala sau prin ce auxiliara.

Cap.5. Incercarile motoarelor asincrone.

Incercarile motoarelor asincrone in marea lor majoritatea standardizate sunt destul de complexe. In linii mari prin incercari se urmareste verificarea izolatiei a parametrilor electrici si mecanici de pornire si de functionarea incalzirii. Totodata pe baza incercarilor la functionare in gol si in scurtcircuit se traseaza si caracteristicile de functionare.

• Motorul asincron se considera ca functioneaza in go cand este alimentat la retea si nu este cuplat sa antreneze un mechanism.

5.1. Incercarea in gol. Folosind schema din fig 5.27 se ridica caracteristicile puterii active P₀ indicarea de cele doua wattmeter a curentului I₀ considerat ca medie a celor trei curenti cititi la cele trei ampremetre si a factorului de putere cos in functie de tensiunea de alimentare U₀, citita la voltmetru V, cand frecventa se mentine constanta. Pentru fiecare valoare a tensiunii U₀, stabilite cu ajutorul regulatorului de tensiune se calculeaza pe baza marimilor masurate. Trebuie mentionat ca puterea P₀ acopera pierderile de frecare si ventilatie P_fv care depinde numai de turatia masinii pierderile in fierului armaturii statorice P_Fe care depinde de valorile frecventei si ale tensiunii retelei de alimentare si pierderile din infasurari P_w0 care nu pot fi neglijate deoarece curentul de gol la tensiunea nominala are valori intre 20 si 70% din curentul nominal.

• Motorul asincron se considera ca functioneaza in scurtcircuit cand rotorul este cald si infasurarea lui este in scurtcircuit iar infasurarea statorului este alimentata la o tensiune variabila prin intermediul unui variator de tensiune pentru a limita curentii la valori acceptabile.

5.2. Incercarea in scurtcircuit. Folosind schema din fig 5.27 se ridica caracteristicille puterii active P_k indicate de cele doua wattmetre a curentului I_k considerat ca medie a celor trei curenti cititi la cele trei ampremetre si a factorului de putere cos P_k in functie de tensiunea de alimentare U_k citita la voltmetrul V cand frecventa se mentine constanta. Pentru fiecare valoare a tensiunii U_k stabilite cu ajutorul regulatorului de tensiune se calculeaza. Puterea P_k acopera pierderile in infasurarea P_w si pierderile in fierull circuitului magnetic al statorului si al rotorului care depinde de valoarea tensiuni si pot fi separate prin calcul de cele din infasurari iar la tensiuni sub 0,2U_n pot fi chiar neglijate.

5.3. Proba de mers in sarcina. In atelierele de reparatii ,unde de regula nu exista standuri de proba adecvate se utilizeaza doua metode:

• cu frana electromagnetica
• incarcarea artficiala a motorului

5.3.1. Metoda de frina electromagnetica. Metoda de frana electromagnetica consta in folosirea unui grup mtor-generator care alimenteaza un motor de c.c de circa 10kW,folosit drept frana.La acest motor de c.c,bobinajul polilor principali si auxiliarieste modificat pentru tensiunea generatorului de alimentare si legat in serie,in asa fel incat polii vecini sa aiba polaritati de sesnsuri contrare,iar rotorul este inlocuit de un cilindru gol de otel,cu un intrefier de 2 mm.Curentul de excitatie al franei se regleaza in limite largi cu ajutorul unui rheostat.Drept cuplaj se poate folosi un universal de strung montat pe arborele franei.In vederea probelor motorul de incercat se cupleaza cu frana si se conecteaza la retea.Se regleaza curentul de excitatie al franei,alimentat de grupul motor-generator,treptat pana cand curentul in morul de incercat atinge valoarea nominala(incarcarea se explica astfel: prin rotirea cilindrului de otel in campul magnetic produs de polii franei ,apar in acesta curenti turbionari si se creeaza un cuplu de franare care echilibreaza cuplul active al motorului incercat).

5.3.2. Metoda de incarcare artificilala Metoda de incarcare artificiala .Se alimenteaza statorul motorului de incercat tensiune nominala,iar dupa ce acesta ajunge la turatia nominala ,se deconecteaza o faza,ale careai capete se leaga la o rezistenta variabila,nominala(montajul este redat in figura 11.37).

La pornire se inchide intrerupatorul 1 si se aduce comutatorul 2 pe pozitia b.

Daca tensiunea de alimentare este reglabila,se poate elimina rezistenta variabila R si se scurtcircuiteaza faza deconectata.Metoda poate fi folosita atat la motoarele asincrone cu rotorul boinat ,cat si la cele cu rotorul in scurtcircuit.In cadrul probelor de mers in sarcina se fac din nou verificarile la punctul f si in plus ridicarea caracteristicii de reglaj al vitezei.

Cap.6. Masuri de protectie a muncii si de prevenire si stingere a incendiilor.

6.1. Masuri de protectie a muncii. In marea majoritate accidentele se survin in exploatarea ,intretinerea si repararea masinilor electrice ,se datoreaza neglijentei sau lipsi de atentie.Pentru a evita aceste accidente se impune in mod deosebit la o disciplina ,a personalului de exploatare a utilajelor si a echipamentului electric ,a normelor de protectie a muncii si PSI precum si folosirea unor mijloace de protectie corespunzatoare operatiilor efectuate de catre acest personal. Atata timp cat echipamentul electric se afla in exploatare ,cele mai frecvente accidente se datoreaza electrocutarii.Actiunea curentului electric asupra organismului omenesc are ca effect provocarea de traumatisme externe sau interne. Accidentarea unei personae prin elctructare se poate produce in urmatoarele conditii:

• cand persoana atinge concomitant cele 2 elemente bune conducatoare de electricitate ,intre care exista diferenta de potential electric
• atingerea cu picioarele a doua puncte de pe sol ,aflate la potentiale electrice diferite ,in apropierea unei scurgeri in pamant
• atingerea conductorului de nul ,intr-o portiune neizolata cand reteaua este dezechilibrata sic and apar diferente de potential intre nul si pamant.

Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare ,pe durata exploatarii masinilor electrice se iau urmatoarele masuri de protectie:

• Manevrarea echipamentului de pornire al masinilor electrice cu actionare manuala se executa purtand manusi electroizolante.In cazul instalarii dispozitivelor de comanda in locuri cu umiditate se vor folosi manusi iar in fata acestui echipament se instaleaza platforme electroizolante.
• La mtoarele electrice protejate numai prin sigurante si care au alte elemente de separatie in fata acestora ,inainte de inceperea oricarei lucrari pe circuitul de forta ,vor demonta aceste sigurante ,folosin manusi electroizolante si in locuri umede si o platforma electroizolanta ,iar in locul lor se vor monta capace de siguranta fara fuzibil ,vopsite in rosu.

In cazul in care elementele de protectie electrica ale motorului se gasesc in alta incapere ,in mod suplimentar se va deconecta cablul de alimentare de la bornele motorului si se vor asigura du degetare de cauciuc.

• Corpurile masinilor electrice si cele ale echipamentului din circuitul lor de forta trebuie sa fie legate la pamant.

Bornele infasurarilor si cutiile terminale ale masinilor electrice trebuie sa fie inchise , astfel incat sa fie imposibila ridicarea capacelor fara a demonta piulitele.

• Elementele in rotatie trebuie ingradite sau protejate de aparatoare
• Izolarea electrica a circuitului de forta ,de pe care urmeaza a se demonta motorul electric , incepe prin oprirea motorului verficarea lipsei tensiunii ,realizarea unei separatii vizibile,care se va bloca ,iar pe dispozitivul de actionare se va monta un indicator de interzicere:"Nu inchideti!Se lucreaza."
• Este interzis a se lucra la conductorul de legare la pamant atata timp cat motorul functioneaza si alimentarea lui este conectata.
• La motoarele electrice se pot executa lucrari sip e baza de instructie tehnica interna.Aceasta insa nu exclude luarea tuturor masurilor de tehnice care sunt necesare pentru asigurarea deplinei securitati a personalului.
• Scoaterea placilor avertizoare si repunerea in functiune a motoarelor se vor face numai daca in registru sectiei respective s-a consemnat faptul ca lucrarea s-a terminat ,precum si numele persoanei care a comunicat acest lucru .
• In scopul prevenirii personalului de exploatare asupra pericolului de atingere a pieselor aflate sub tensiune,in vecinatatea acestora se afiseaza inscriptii sau placarde specifice;pentru orice fel de tensiune si curent se vor utiliza notatiile prevazute in normative.

Pe parcursul executrii reparatiilor masinilor electrice pot aparea noi cauze de accidentare atat prin elctrucutare ,cat si de ordin neelectic:

• lampile si sculele electrice portative pot provoca elcttrocutari prin folisrea unor conductoare necorespunzatoare ,prin lipsa legarii la centura de pamantare si prin existenta unor defectiuni tehnicece pot aparea la ele .

In cazul lampilor electrice ,metoda cea mai sigura de protectie este utlizarea tensiunilor de 24V si 36 V.In cadrul sculelor electrice portative,care lucreaza cu tensiuni de 120-220V,securitatea muncii este asigurata prin constrcutiasi calitatea sculelor.De aceea ,este ncecsara verficarealor periodica ,iar utilizarea lor se face folsind o fisa de contact ce se racordeaza intr-o priza cu contact la pamant;

• printre accidenteke de ordin neelectric ce pot intervene in procesul de repararii masunilor electrice ,se citeaza:lovituri,striviri,intrarea in chi a corpurilor straine pe timpul suflarii ce aer comprimat sau a canelarii sau strunjirii pieselor,arsuri provocate de metalele topite din timpul sudarii sau lipirii ,intoxicatii cu substnte de lacuire si vopsire etc.De aceea ,se impune ca in atelierele de reparat echipament electric personalul sa cunoasca masurile de protectie a muncii specifice tuturor reparatiilor locului de munca si sa le respecte cu strictete.

6.2. Masuri de prevenire si stingerea a incendiilor. In timplu exploatarii masinilor electrice ,pe langa pericolul de electrocutarii curentul electric poate provoca incendii ,datorita incalzirii aparatajului electric in timpul functionarii,in timpul scurtcircuitului sau suprasarcinilor.Arcurile electrice produse prin deranjamentele partii electrice pot provoca arsuri personalului sau pot determina aprinderea prafului aglomerat sau a amestecului gazelor din atmosfera incaperii. Pentru prevenirea pericolului de aprindere din cauza scanteielor si a supraincalzirii ,trebuie luate urmatoarele masuri:

La regimul de functionare in plina sarcina ,partile motorului electric nu trebuie sa se incalzeasca pana la o temperature periculoasa(lagarele nu trebuie sa depaseasca temperature de 80 grade Celsius)

Partile din cladiri si partile din utilaje care sunt expuse actiunii arcului electric trebuie sa fie neinflamabile

Sigurantele,intrerupatoarele si alte aparate asemanatoare,care in timpul exploatarii pot provoca intreruperea curentului electric ,trebuie acoperite cu carcase.