Motoare asincrone trifazate - Alunecarea turatiei motoarelor asincrone, Caracteristicile de functionare ale motoarelor asincrone trifazate, Pornirea

Motoare asincrone trifazate

Sunt cele mai raspandite datorita avantajelor:

- simplitate constructiva;

- cost redus;

- fiabilitate ridicata si intretinere usoara;

- robustete;

- alimentare direct de retea RST;

- caracteristica mecanica semirigida.

Dezavantaje:

- posibilitate redusa de reglare a turatiei;

- cuplu de pornire redus.

Constructiv se poate compune dintr-un stator (inductor) si un rotor (indus).

Statorul - pe rol de inductor este prevazut cu o infasurare trifazata cu ˝p˝  perechi de poli, alimentata de la cele trei faze RST. Datorita dispunerii geometrice a infasurarilor statorice la 120⁰ si defazarii fazelor RST cu acelasi unghi, se creeaza un camp magnetic invartitor, al carui maxim se roteste cu turatia de sincronism:

[rot/min]

Pentru:

p = 1 rezulta n₀ = 3000

p = 2 rezulta n₀ = 1500 

p = 3 rezulta n₀ = 1000 

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

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

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

1. Alunecarea turatiei motoarelor asincrone

La conectarea inductorului la reteaua RTS apare campul magnetic invartitor cu turatia n₀. Initial rotorul fiind in repaus, prin inductie electromagnetica in infasurarile rotorului apare un sistem de curenti trifazati simetrici de acelasi sens, care prin interactiune cu campul electromagnetic care i-a creat determina aparitia unor forte electromagnetice care pun in miscare rotorul. Turatia rotorului va creste fara sa poata atinge vreodata turatia (in acest caz ), deci, acest fenomen purtand denumirea de alunecare.

Alunecarea relativa se defineste prin relatia:

Turatia n₂ = n₀ -  n reprezinta turatia relativa intre campul magnetic invartitor si rotor. In regim motor n₂ > 0, deci alunecarea s > 0. De obicei s = 1,5 6%. Daca n₂ < 0, adica indusul este antrenat cu turatie suprasincrona sau inductorul este deconectat, motorul trece in regim de generator.

Functionarea in regim motor este posibila pentru: 0 < s < 1

2. Caracteristicile de functionare ale motoarelor asincrone trifazate

1.Caracteristica turatiei

Din relatia alunecarii s, rezulta n = n₀(1 - s). Desi s = f(M_r), deoarece s < 6%  rezulta ca n este apropiata de n₀ (variaza putin cu s) , deci caracteristica de turatie este rigida.

2.Caracteristica factorului de putere cosφ

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

, pentru. - pentru ambele tipuri de motoare asincrone.

3. Caracteristica mecanica n = f(M)

In electrotehnica se demonstreaza relatia:

M - momentul curent de lucru;

M_cr - momentul critic, corespunzator turatiei critice s_cr

Pornind de la relatia M = f(s) si tinand cont de dependenta n = f (s), se poate trasa curba M  = f(n) , sau n = f(M)., ambele reprezentate grafic in figura de mai jos.

La pornire (punctul A) avem: n = 0 si s = 1, iar momentul M = M_p, Mp fiind momentul de pornire.

Daca: M_p > M_r + M_j,  motorul porneste, turatia creste si totodata si cuplul dezvoltat, pana in punctul critic B s_cr, M_cr, dupa care M va scadea pana in punctul D = f(M = 0, n = 0) care corespunde functionarii ideale in gol a motorului.

Din analiza diagramei se constata ca pentru: 0 < n < n₀

Curba prezinta doua zone distincte:

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

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

Punctul C este punctul nominal de functionare pentru care se dau caracteristicile reprezentative ale motorului - inscrise pe tablita:

­ puterea nominala - n₂ < 0 [Kw]

­ turatia nominala - n₂ < 0 rot / min

­ turatia de sincronism  - n₀

­ rapoartele - si

3. Alunecarea critica

Aceasta se poate calcula cu relatia:     

in care:

      - rezistenta rotorului raportata la stator

   - creactanta inductiva la stator

     - reactanta inductiva a statorului

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

scr curbe tot mai clasice

scr creste (curbele 2 si 3)

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

Pornirea motoarelor asincrone

La pornire, deoarece n << n₀, vom avea un curent de pornire Ip = In (4 8), rezulta un soc de sarcina, de curent, care provoaca o scadere a tensiunii din retea cu efecte negative asupra cuplului de pornire si asupra functionarii altor consumatori.

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

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

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

1. Pornirea directa prin intreruptor (manuala)

e - sigurante fuzibile

a - intreruptor

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

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

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

2. Pornirea directa cu contactor (automata)

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

e₁- sigurante fuzibile principale,

a - intreruptor principal,

e₂ - siguranta fuzibila pentru protectia circuitului de comanda,

e₃- releu termic,

b₁- buton de oprire,

b₂- buton de pornire,

C1- bobina contactorului de comanda,

C1₁- contactele principale ale contactorului,

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

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

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

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

3. Pornirea indirecta

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

pornirea Y - ,

prin introducerea in circuitul inductorului a unor rezistoare sau bobine de pornire,

cu ajutorul autotransformatoarelor coboratoare de tensiune U.

3.1. Pornirea Y - ,

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

U_i - tensiunea de linie

U_f - tensiunea pe infasurarile motorului

I_f- curentul prin infasurari

Pentru conexiunea Y putem scrie:

Pentru conexiunea D avem:

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

in care Z este impedanta infasurarilor

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

Deoarece la motoarele asincrone , rezulta:

.

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

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

Operatiunea de pornire Y -  se poate realiza manual sau automat.