Referat Motorul Asincron

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Motorul Asincron si de asemenea puteti face Download Referat Motorul Asincron

Citeste fragmente din Referat Motorul Asincron

Cap. I. Definiţie şi elemente constructive de bază Motorul asincron este orice motor cu curent alternativ, care la frecvenţa dată a reţelei, funcţionează cu turaţie variabilă cu sarcina. În continuare, vor fi prezentate numai motoarele asincron fără colector, numite obişnuit motoare asincrone sau de inducţie, care sunt cele mai robuste şi sigure în exploatare, motiv pentru care sunt cele mai utilizate. Motorul asincron este compus din armătura statornică (stator) şi armătură rotorică (rotor). Statorul format din unul sau mai multe pachete de tole are în crestături o înfăşurare monofazată sau trifazată care se conectează la reţea şi formează inductorul motorului. Rotorul este format tot din pachete de tole, dar în crestături poate avea o înfăşurare trifazată concetată în forma de stea cu capetele scoase la trei inch sau o înfăşurare în scurt circuit de tipul unei colivii. De aceea, după forma înfăşurării rotorului, maşinile asincrone se mai numesc “motoare asincrone cu inel” sau “motoare aisncrone cu rotorul în scurt circuit” sau “rotorul în colivii”. În afară de aceste părţi, motorul mai are, în funcţie de destinaţie, de tipul de protecţie la pătrunderea apei şi a corpurilor străine în motor, de forma constructivă, de sistemul de răcire, de putere şi tensiune o serie de elemente constructive: portperii; carcasă; scut; rulmenţi; cutia cu placă de borne stator; bornă de putere la pământ. Terminologia generală pentru maşinile electrice, dată de STAS 4861-73 cuprinde şi terminologia subansamblelor şi pieselor componente. Simbolizarea formelor constructive este dată în STAS 3998-74. I.2. Semne convenţionale Notarea înfăşurărilor statorice şi rotorice se face conform STAS 3530-71. La înfăşurarea statorică trifazată cu cele şapte capete scoase, bornele sunt notate astfel: “a” pentru conexiunea în stea; “b” pentru conexiunea în triunghi; “U”, “V”, “W”, pentru cordoanele de alimentare ce se leagă la borne. I.3. Domenii de utilizare Se utilizează aproape în exclusivitate ca motor în acţionările cu turaţie practic constantă şi mai rar la turaţii variabile, din cauza instalaţiilor de alimentare costisitoare. Motoarele asincrone trifazate formează cea mai mare categorie de consumatori de energie electrică din sistemul energetic fiind utilizate în toate domeniile de activitate. Motoarele monofazate sunt utilizate în special în instalaţii de uz gospodăresc. Cap. II. Principiul şi ecuaţiile de funcţionare a motoarelor asincrone II.1. Principiul de funcţionare Se consideră un motor asincron cu câte o înfăşurare trifazată pe fiecare din cele două armături. Dacă înfăşurarea statorică se conectează la o reţea trifazată de tensiune şi frecvenţă corespunzătoare ea va fi parcursă de un sistem trifazat de curenţi care vor produce în intrefier un câmp magnetic învârtitor, cu viteza unghiulară (1. Dacă armătura rotorică cere în acel moment viteza unghiulară (, într-o înfăşurare de fază a ei, denumită secundară, se induce t.e.m. e2=(W1-W)W2KW2(cos(W1-W)t=W2WaKW2(cosW2t unde: W2 este pulsaţia t.e.m. induse (2 este viteza relativă dintre câmpul inductor şi rotor Dacă înfăşurarea rotorului se închide, ea va fi parcursă de curenţi, care, la rândul lor, produc un câmp învârtitor de reacţie cu o sinteză unghiulară faţă de înfăşurarea care l-a produs: (2=W2/p=W1-W/p=(1-( Faţă de stator, câmpul de reacţie are viteza unghiulară: (+(2=(+((1-()=(1 Adică, indiferent de turaţia rotorului, câmpul inductor şi cel de reacţie au aceeaşi viteză relativă faţă de stator. Deci, cele două câmpuri sunt fixe între ele şi se pot însuma, dând un câmp rezultant în întrejur. Prin interacţiunea dintre acest câmp şi curenţii din înfăşurări, se exercită între cele două armături un cuplu electromagnetic. Relaţia: e2=(W1-W)W2KW2(cos(W1-W)t=W2W2KW2(cosW2t arată că în înfăşurarea rotorică sunt curenţi, deci se poate exercita un cuplu numai dacă e2(0, adică (((1. În acest caz se spune că se poate exercita un cuplu numai dacă rotorul alunecă faţă de câmpul învârtitor inductor. Această alunecare, valori relative, este definită din relaţia: (C) D=((1-()/(1=(n1-n)n1=(W1-W)/W1=W2/W1=(2/(1 unde în general, (=2(n şi W=2(( II.2. Regimurile de funcţionare a motoarelor asincrone Analiza regimurilor de funcţionare ale motoarelor asincrone se face în funcţie de turaţia relativă n2 a rotorului faţă de câmpul învârtitor inductor produs de stator, adică de turaţia n2=n1-n. La n E(0;n1), deci ( E(0;1) t.e.m. indusă în conductoarele înfăşurării scurtcircuitate a rotorului, e=(vxB)(l, produce curentul I2, iar forţa (F=I2(lxB, care acţionează asupra conductoarelor, are tendinţa să accelereze rotorul către turaţia n1 a câmpului învârtitor. În acest caz, maşina primeşte energie electrică şi dezvoltă la arbore un cuplu magnetic, funcţionând în regim de motor. Dacă turaţia rotorului este n(n1, deci n2(0 şi ((0, t.e.m. indusă îşi schimbă polaritatea, deci si I2 iar forţa (F se opune ccreşterii turaţiei “n” a rotorului. Deci, pentru menţinerea acestei turaţii, trebuie ca maşina să primească energie mecanică şi dă energie electrică, funcţionând în regim de generator. Când rotorul este rotit în sens opus câmpului învârtitor inductor, deci are faţă de acesta turaţia n2=n1+n şi alunecarea ((1 t.e.m. indusă produce pe I2, iar (F are sens opus faţă de n. În acest caz, motorul primeşte energie mecanică pe la arbore să menţină turaţia n în sens opus lui (F şi energie electrică de la reţea, să aducă rotorul către turaţia de sincronism. Motorul funcţionează în regim de frână,. În exploatarea motoarelor electrice sunt întâlnite toate regimurile de funcţionare menţionate, dar regimul de bază este de motor. II.3. Ecuaţiile de funcţionare Ecuaţiile se stabilesc pentru mărimile de fază din stator (primar) şi din rotor (secundar). Ca şi la transformator, în afara fluxului util care este comun celor două înfăşurări există şi fluxuri de dispersie sau de scăpare. Luând aceleaşi sensuri de referinţă pentru curenţi: primar – I1 secundar – I2 ca şi la transformator, ecuaţiile tensiunilor pentru două faze omologate se deduc ca şi ecuaţiile transformatorului, având aceeaşi formă, cu deosebirea că U2=0, înfăşurarea secundară (rotorică) fiind în scurtcircuit (Rp=0) : U1=R1I1+jx01I1-E1=Z1I1-E1 0=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2 Dacă ecuaţiile: (() U1=R1I1+jx01I1-E1=Z1I1-E1 (E) 0=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2 şi (F) –U2=R2I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2 sunt formal asemenea, ca fond diferă mult. Astfel, câmpul învârtitor de la motorul asincron are faţă de înfăşurarea rotorică pulsaţia W2=p(2. Totodată, având în vedere convenţia de sume făcută pentru t.e.m. indusă de fluxurile utile în cele două înfăşurări la maşina asincronă, t.e.m., E1 şi E2 au valorile: (G) E1=-jw1/(2.w1kw1(=-j((2(1w1kw1( (H) E2(=-jw2/(2.w2kw2(=-j((2(2w2kw2(=(E2 unde, kw1 şi kw2 sunt factorii de înfăşurare care ţin seama de modul de repartiţie a înfăşurărilor în crestături, w2=sw1, în baza relaţiei (C) iar E2 este t.e.m. când n=0, (=1 şi (2=(1 (rotor calat) Dacă relaţiile (D) şi (E) se înlocuieşte E2(=(E2 din (F) şi x02(=w2L02=(w1L02=(x02, apoi se împarte cu ((0, se obţine: 0=(R2/()I2+jx02I2+E2=Z2I2+E2 Această relaţie corespunde unui rotor echivalent şi conduce la un motor echivalent la care tensiunile şi curenţii din stator şi rotor au aceeaşi frecvenţă ca la transformator, dar apare rezistenţa rotorului variabilă cu alunecarea s definită din relaţia (C) şi care se va lua ca parametru. Dacă relaţia (I) este pentru un motor trifazat ca şi statorul şi se înmulţeşte cu raportul t.e.m. scos din relaţiile (H) şi (G), pentru s=1: (J) E1/E2=(w1kw1/w2kw2)=kI se obţine ecuaţia rotorului: (K) U1=R1J1+jx01I1-E1=Z1J1-E1 (L) 0=R(2/2.I2+jx(02I(2+E1=Z(2I(2+E1 în care mărimile raportate au, ca şi la transformator, valorile: R(2=K2iR2 X(02=K2iX02 I(2=I2/K1 E1=K1E2 Z(2=K2iZ2 Cap.IV. Bilanţul de putere, randamentul şi factorul de putere Puterea activă absorbită de motorul asincron trifazat de la reţea este: P1=3U(I(cos(=(3U1cos( Făcând bilanţul puterilor active, se obţine ca şi la transformator pentru motorul monfazat. P1=3(R1I21+(R(2/s).I(22+R1mI210a)= =3(R1I21+R(2I(22+(1-s)/sR(2I(22+R1mI210a= =Pw1+Pw2+PFe+(1-s)/s.Pw2 Puterea transmisă rotorului prin inducţie, numită putere electromagnetică, se poate face astfel: Pe=P1-Pw1-PFe1=Pw2+(1-s)/s.Pw2=Pw2/s=(3R(2I(22)/s Iar puterea mecanică transmisă rotorului: Pmec=Pe-Pw2=Pw2/s-Pw2=(1/s-1)Pw2 Scăzând pierderile de frecare şi ventilaţie P(v a elementelor în mişcare se obţine, puterea utilă la arbore: Pu=Pmec-P(v=P2 Dacă se iau în vedere relaţiile: P1=3U(I(cos(=(3UIcos( şi PU=Pmec-P(v=P2 Š Š   :Se reprezintă schema bilanţului de puteri şi se deduce expresia randamentului motorului asincron trifazat: (=P2/P1=((3UIcos(-(PW1+PW2+PFe+P(V)/(3UIcos( Făcând bilanţul puterilor reactive, ca şi la transformator se obţin: Q1=3U(I(sin(=3(x01I21+x02I(22+x1mI21n)=Q01+Q02+Qn1 Unde puterile reactive necesare creării câmpurilor de dispersie Q01 şi Q02 sunt neglijabile faţă de puterea Qn-3x1mI21n necesară menţinerii câmpului magnetic principal care este practic constant de la funcţionarea în gol la sarcină. Ca surse de putere reactivă se pot utiliza baterii de condesatoare sau motoare sincrone, iar motorul primeşte de la reţea numai puterea activă. Cap.V. Caracteristicile de funcţionare ale maşinii asincrone V.1. Cuplul electromagnetic Luând C(1, modulul lui I(2, considerând pe U1 ca origine de fază se obţine: I(2=U1/(((R1+R(2/()2+(x01+x(02)2 Expresia cuplului electromagnetic se poate scrie: Me=Pe/(1=(3R(2R(22)/s(1=(3U(1R(2)/s(1(R1+R(2/s)’2+(x01+x(02)2= =(3U21R(2)/(1(s(R21+(x01+x(02)2(+(R(22/s)+2R1R(2( având ca parametru de alunecare “s”. Aplicând la numitorii acestei relaţii teorema că la produsul constant a doi factori, suma lor este minimă dacă aceştia sunt egali, adică s(R21(x01+x(02)2(=R(22/s, rezultă valoarea alunecării critice sk pentru care Me are extreme: s=sk=(R(2/(R21+(x01+x(02)2 Cele două extreme, Mkm la sk(0, pentru regimul de motor şi de frână şi MkG la sk(0, pentru regimul de generator se numesc “valori critice ale cuplului” şi au expresiile: Me(sK)=MKM=3U21/(2(1((R21+(x01+x(02)2+R((( Me(-sK)=MKG=3U21/(2(1((R21+(x01+x(02)2-R1(( V.2. Caracteristici de funcţionare În baza observaţiilor pentru regimul de motor, la R2=ct. şi diferite tensiuni U1, formele caracteristicilor naturale şi artificiale M=((s) şi n=((M), scoţând din relaţia s=sk=( R(2/(R21+(x01+x(02)2, (x01+x02)2=(R(2/sk)2-R1 şi înlocuind în relaţiile cuplului electromagnetic se obţine relaţia lui Klass: Me/MkM=(2+(2R1/R(2)(k)/((k/(+(/(k+(2R1/R(2)(k( (2/((/(k)+(k/( unde s-a avut în vedere că 2R1(k/R(2(1. Relaţia anterioară care nu mai depinde de U1 este utilizată curent în locul relaţiei cuplului electromagnetic fiind mai simplă. Valoarea MkM rezultă din capacitatea de supraîncălzire a motorului şi din cuplul nominal (MkM=RMn). În general R=1,8…3 şi este dată pentru fiecare motor, ca şi alunecarea nominală (s=0,01…0,1)(1-10() care rezultă din turaţia nominală; alunecarea critică sk=0,15-0,30(15-30(). V.3. Caracteristicile motoarelor cu rotoare de construcţe specială Motoarele cu rotorul bobinat şi inele sunt costisitoare, greu de întreţinut, iar cele cu colivie normală (cu bare rotunde) au la pornire cuplul mic şi curentul mare. De aceea, fără a modifica statorul, se folosesc forme constructive de rotoare cu bare înalte sau colivii duble care, la aceeaşi putere, au la pornire cuplu mare şi curent mic. Coliviile rotoarelor se realizează prin turnare din aluminiu sau prin sudarea barelor din crestături la inele frontale de scurtcircuit. În acest ultim caz coliviile pot fi din aluminiu, cupru, bronz sau alamă. Cap.VI. Pornirea şi schimbarea sesnului de rotaţie a motoarelor asincrone Alegerea motorului şi a modului de pornire depinde de cuplul static rezistent Mr al mecanismului de antrenat şi de curentul de pornire admis pentru motor. Totodată, pornirea trebuie să se facă fără şocuri periculoase pentru elementele transmisiei. VI.1. Pornirea motoarelor cu rotorul bobinat Motorul se poate porni la cuplul dorit prin introducerea de rezistenţe în circuitul rotorului. În general MpM=(1,5…1,8)Mn pentru reducerea timpului de pornire. Având rezistenţa Rp în circuitul rotoric şi cuplând motorul la reţea, apare la s=1 (n=0) cuplul MpM care pune în mişcare rotorul, punctul de funcţionare deplasându-se din A către B. Când ajunge în B, trece pe caracteristica care are R((p(R(((p în punctul C şi procesul pornirii continuă până când punctul de funcţionare ajunge în punctul H corespunzător cuplului rezistent Mn al mecanismului. Trebuie menţionat că valoarea curentului de pornire Ip se poate reduce şi prin introducerea în circuitul rotoric a unui reactanţe xp, pentru s=1. Dar în acest caz scade cuplul de pornire Mp, cuplul critic MkM şi alunecarea critică sk, cum reiese din relaţiile corespunzătoare dacă se pune în loc de x02 valoarea x(02+x(p, şi nu prezintă avantaje. VI.2. Pornirea motoarelor cu rotorul în colivie Conectarea direct la reţea, este utilizată curent unde reţelele de alimentare şi mecanismele antrenante permit acest lucru. STAS 17640-70 stabileşte pentru motoarele cu puteri până la 132KW valorile Ip=(4…7,5)In, Mp=(1,2…2,2)Mn şi (=1,9…2,4. Aceste date depind de fiecare motor în parte, de putere şi turaţie. Pornirea stea-triunghi se poate aplica la motoarele care au scoase cele şapte capete ale înfăşurării statorice şi în care pot funcţiona în triunghi la tensiunea reţelei trifazate la care se va cupla. Deci, un motor cu tensiunile de lucru 220-380V se poate porni stea-triunghi numai la reţeaua de 220V. În momentul pornirii, se conectează K1 şi curentul de linie este: Iyp=UI1(/Zk=U1/(3Zk. Dacă pornirea se face diret în triunghi, curentul de linie ar fi: Idp=(3Ip(=(3(U1/Zk)=3Iyp, adică de trei ori mai mare decât la pornirea în stea. Dar la pornirea în stea, având o reducere de tensiune U1(=U1(3, cuplul de pornire scade tot de trei ori şi motorul nu poate porni în plină sarcină. Reducerea tensiunii de alimenatre pentru reducerea curentului de pornire se mai face la motoarele mari prin folosirea autotransformatoarelor coborâtoare cu una două trepte de tensiune. După trecerea prizelor pe poziţia de tensiune minimă se închide K2 apoi K1 şi motorul porneşte cu tensiunea redusă. Când motorul ajunge la turaţia normală, se trece treptat pe prizele de tensiune mai mare, şi în final se deschide K2 apoi se închide K3, alimentând motorul la tensiunea reţelei. VI.3. Schimbarea sensului de rotaţie Este echivalentă cu schimbarea câmpului învârtitor, care se face prin inversarea succesiunii a două faze. Cap.VII. Reglarea turaţiei motoarelor asincrone trifazate VII.1. Reglarea turaţiei prin schimbarea numărului de poli La motoarele cu rotorul în colivie, se face în trepte (p=numărul întreg). Schimbând conexiunile unei înfăşurări, se pot obţine două turaţii în raportul ½. Când se cer trepte diferite de acest raport, cum este cazul la motoarele pentru ascensoare, se dispune pe stator două înfăşurări distincte pentru turaţiile respective. Recent a început să se modifice numărul de poli prin modularea câmpului magnetic din întrefier când se pot obţine cu aceeaşi înfăşurare, dar schimbând conexiunile, două turaţii la care raportul difera de ½ . VII.2. Reglarea turaţiei prin modificarea frecvenţei (1 a tensiunii de alimentare Modificările frecvenţei unei surse de curent alternativ se face cu generatoare de c.a. sau convertizoare statice de frecvenţă. Prin modificarea lui (1 se modifică turaţia de sincronism n1 şi reactanţele. VII.3. Reglarea turaţiei prin modificarea alunecării Reglând tensiunea de alimentare U1, la acelaşi cuplu rezistent Mn se obţin diverse alunecări s(sk. În schimb, la motoarele cu rotorul bobinat, prin introducerea în circuitul rotoric, la un cuplu Mr, se pot obţine teoretic turaţii de la 0 la nn. Ambele metode nu sunt eficace la cupluri M0 mici. Cap.VII. Bibliografie “Maşini, aparate, acţionări şi automatizări” – Prof.dr.ing. Năstase Bichir Cuprins Cap.I Motoare asincrone I.1. Definiţie şi elemente constructive de bază I.2. Semne convenţionale I.3. Domenii de utilizare Cap.II Principiul şi ecuaţiile de funcţionare al motoarelor asincrone II.1. Principiul de funcţionare II.2. Regimurile de funcţionare ale motoarelor asincrone II.3. Ecuaţiile de funcţionare Cap.III Bilanţul de putere, randamentul, factorul de putere Cap.IV Caracteristici de funcţionare ale maşinii asincrone IV.1. Cuplul electromagnetic IV.2. Caracteristici de funcţionare IV.3. Caracteristicile rotoarelor de construcţie specială Cap.V Pornirea şi schimbarea sensului de rotaţie al motoarelor asincrone V.1. Pornirea motoarelor cu rotorul bobinat V.2. Pornirea motoarelor cu rotorul în colivie V.3. Schimbarea sensului de rotaţie Cap.VI Reglarea turaţiei motoarelor asincrone trifazate VI.1. Reglarea turaţiei prin schimbarea numărului de poli VI.2. Reglarea turaţiei prin modificarea (1 a tensiunii de alimentare Cap.VII Bibliografie 쥁@