ACTIONARI ELECTRICE.Final

8/7/2019 ACTIONARI ELECTRICE.Final

http://slidepdf.com/reader/full/actionari-electricefinal 1/79

CURS ACŢIONĂRI ELECTRICE

OBIECTIVELE DISCIPLINEI

-Cunoasterea structurii si a caracteristicilor generale ale sistemelor de actionare;

-Cunoasterea principalelor tipuri de motoare electrice si a caracteristicilor lor functionale;-Conoasterea aparatajului electric general: rol,caracteristici functionale, simbolizare, utilizari;-Cunoasterea principiilor de alcatuir a schemelor electrice pentru realizarea principalelor functiuni ale sistemului de actionare, cum sunt: pornire-oprire; inversarea sensului de miscare,reglarea turatiei, franarea;-Metode si scheme tipice de realizare a principalelor functiuni cum sunt: pornire-oprire;inversarea sensului de miscare, reglarea turatiei, franarea, pentru principalele tipuri demotoare electrice;-Principii de alegere a motoarelor electrice in concordanta cu cerintele impuse de masina delucru.

STRUCTURA CURSULUI

Capitolul I: Probleme generale privind sistemele de actionare si elemente de mecanicaactionarilor;Capitolul II: Masini electrice de curent alternativ;Capitolul III: Masini electrice de curent continuuCapitolul IV:Motoare electrice pas cu pas.

TESTE DE AUTOEVALUARE

Test de autoevaluare la capitolul I-Structura generala a unui Sistem Electric de Actionare Comanda si Reglare;-Ecuatia fundamentala de miscare;-Raportarea momentelor mecanice la un anumit arbore;-Stabilitatea sistemelor de actionare;

Test de autoevaluare la capitolul II-Motoare electrice de curent alternativ: clasificare, principii constructive;-Caracteristicile mecanice ale masinii asincrone trifazate;-Pornirea motoarelor asincrone trifazate: metode si scheme tipice;-Inversarea sensului miscarii:principiu si schema tipica;

-Reglarea turatiei motoarelor asincrone trifazate: metode si scheme tipice;-Franarea motoarelor asincrone trifazate:metode si scheme tipice

Test de autoevaluare la capitolul III-Masini electrice de curent continuu: clasificare, principii constructive si functionale;-Caracteristicile mecanice ale masinii de curent continuu cu excitatie derivatie;-Pornirea motoarelor de current continuu: metode si scheme tipice;-Inversarea sensului de rotatie:principiu si schema tipica;-Reglarea turatiei motoarelor de crrent continuu: metode si scheme tipice;-Franarea motoarelor de curent continuu:metode si scheme tipice

1



CURS ACŢIONĂRI ELECTRICE

Capitolul I: Probleme generale privind sistemele de actionare si elemente demecanica actionarilor;

1. Generalitati. Elemente de mecanica actionarilor1.1Structura generala a unui Sistem Electric de Actionare Comanda si Reglare

Structura subsistemului electromecanic al unui sistem de acţionare electrică cuprindeurmătoarele elemente:

ω

Fig. 1

ME- motorul electric de antrenare, de toate elementele aferente, care transformăenergia electrică în energie mecanică;

T- transmisie mecanică- având rolul adaptării parametrilor energiei mecanice furnizatede motor la cerinţele de acţionare ale ML;

ML- maşina de lucru.În funcţie de procesul tehnologic, ML impune anumite cerinţe sistemului de acţionareca:

- natura mişcării – rotaţie - continuă- alternativă- pas cu pas

- translaţie- continuă- alternativă- pas cu pas

- reversibilitatea sensului mişcării;- reglarea modulului (mărimii) mişcării;

- anumite caracteristici de pornire-oprire (inerţială sau cu frânare);- o numită caracteristică mecanică ( ( )Mr f =ω ).Alegerea corectă a ME şi a T se face ţinând cont de aceste cerinţe, anumite cerinţe fiind

realizate de ME, iar altele de către transmisia mecanică T.Dacă ME poate realiza toate cerinţele de acţionare, T poate lipsi, dar atunci schema

electrică trebuie concepută ca atare.Prin Sistem de Acţionare Electrică (SAE) înţelegem ansamblul de dispozitive care

transformă energia electrică primită de la reţea în energie mecanică şi asigură controlul pecale electrică a energiei mecanice astfel obţinute.

Părţile principale ale unui SAE sunt:- subsistemul de forţă - alcătuit din unu sau mai multe motoare electrice şi aparatajul electric

aferent (aparataj de forţă);

2



- subsistemul de comandă - care modelează energia mecanică dezvoltată de motor înconcordanţă cu cerinţele tehnologice ale ML.

Cele mai complexe SAE sunt cele de comandă şi reglare.

Structura unui Sistem de Actionare Comandă şi Reglare evoluat este următoarea:

Fig. 2SF - subsistem de forţă (U,I mari);SAP - subsistem de alimentare şi protecţie - care realizează funcţiile de conectare –

deconectare şi de protecţie;CR (CS) - convertizor rotativ (static) - care converteşte parametrii ct U = , ct f = în

var =U , var = f ;SCR - subsistem de comandă şi reglare;

DID - dispozitiv de introducere a datelor (programarea parametrilor de acţionare);CP - calculator de proces - pentru procesarea informaţiei în cadrul sistemului de comandă;R - regulator – pentru stabilirea caracteristicii de reglare;DC - dispozitiv de comandă a convertizorului;

CMM - convertorul mărimilor măsurate - prin care se supraveghează sistemul învederea reglării parametrilor de acţionare.SEM - subsistemul electromecanic.

3



1.2. Elemente de mecanica sistemelor de acţionare

Indiferent de tipul motorului utilizat, acesta este caracterizat de o anumită dependenţăîntre viteza unghiulară ω şi momentul dezvoltat M , aceasta reprezentând caracteristicamecanică a motorului: ( )M ω ω = .

Dacă: r M M = , unde M este momentul motor, iar r M - momentul rezistent, atunci

dependenţa ( )M ω ω = reprezintă caracteristica mecanică statică (în regim staţionar).Caracteristicile mecanice ale motorului constituie unul din criteriile de bază pentru

alegerea acestora, ele arătând dacă motorul răspunde cerinţelor de pornire, de variaţie a vitezeicu sarcina, de comportare la şocurile de sarcină impuse de maşina de lucru, etc.

Caracteristica mecanică naturală corespunde funcţionării motorului în condiţiile pentrucare a fost proiectat. Ea se obţine prin alimentarea motorului la tensiunea nominală nU , lafrecvenţa nominală n f , fără rezistenţe sau impedanţe suplimentare incluse în circuitulinductor sau indus, folosind conexiunile normale. Ea este unică.

Caracteristicile mecanice artificiale - se obţin când cel puţin un parametru de lucru variazăfaţă de valoarea nominală; rezultă o infinitate de caracteristici care, în funcţie de parametrul

care se modifică, pot fi:- reostatice- de tensiune- de flux- de frecvenţă

După forma curbei caracteristice (legea de variaţie ( )M ω ω = ), caracteristicile mecanicestatice ale motoarelor pot fi de trei feluri.a) Caracteristică mecanică rigidă (curba 1, Fig.3), sau de tip sincron, caracterizată princt =ω , indiferent de sarcină (în limitele de funcţionare).

α

β

Fig. 3Panta curbei:

0==dM

d m

ω

Ea se exprimă în % prin relaţia:

[ ]%1000 ⋅−

−=−==n

n

M tg tg m

ω ω β α

Se consideră caracteristici rigide pentru: [ ]%50 << m .

Puterea motorului este proporţională cu sarcina:M k M P ⋅=⋅= ω , ( )ct =ω .

4



Ea apare la motoarele sincrone şi la cele pas cu pas.

b) Caracteristică mecanică statică semirigidă (curba 2, Fig. 3), sau de tip derivaţie având ca puncte caracteristice:- ( )0,0ω A - punct de funcţionare în gol ideal ( )0=M .

- ( )nn M B ,ω - punct nominal de funcţionare ( )nM M = , 0ω ω <n (variaţie mică).Caracteristica este o dreaptă înclinată cu panta:

0<== ct dM

d m

ω , având valori în intervalul [ ]%205 << m .

Se întâlneşte la:- motorul de curent continuu cu excitaţie independentă sau derivaţie;- motorul asincron trifazat;- motorul Diesel.

Deoarece ω variază puţin cu M , puterea poate fi considerată proporţională cu cuplul:M k M P ⋅=⋅= ω

c) Caracteristică mecanică statică elastică (curba 3, Fig. 3) sau de tip serie.Turaţia scade neliniar cu creşterea sarcinii.În general se acceptă o variaţie de forma:

- hiperbolică:ω

cM =

- parabolică:2

ω

cM = , )( ct c =

Pentru variaţia hiperbolică se poate scrie:

ω

ω n

nM

M = , unde ct n =ω şi ct M n = şi rezultă

M

M nn ⋅= ω ω pentru care:

- panta 02

<⋅−==M

M

dM

d m n

nω ω

+−=

′

1

1mm x

m

x

- puterea ct P M M P nnn==⋅=⋅= ω ω

Pentru variaţia parabolică se poate scrie:

2

2

ω

ω n

nM

M = , de unde rezultăM

M nn ⋅= ω ω pentru care:

- panta 32 M M

dM d m nn ⋅−== ω ω ( )

⋅=′

−n n

n

xn x

11

- puterea M M M M

M M P nn

nn ⋅=⋅⋅=⋅= ω ω ω , deci puterea este variabilă.

Caracteristica serie se întâlneşte la:- motoarele de curent continuu cu excitaţie serie;- motoarele de curent alternativ cu excitaţie serie;- motorul cu aprindere prin scânteie.

1.3. Ecuaţia fundamentală a mişcării

5



Deoarece marea majoritate a motoarelor sunt rotative, se va considera mai întâi acestcaz (Fig. 4):

Fig. 4

Considerând ( )t ω ω = (variabilă), energia cinetică a maselor în mişcarea de rotaţie secalculează cu formula:

2

2ω

⋅= J W , J - moment de inerţie

Puterea dinamică ( variaţia în timp a W ) este: j j M

dt

dW P ⋅== ω , de unde

dt

dW M j ⋅=

ω

1, în care jM este cuplul dinamic (inerţial).

Ec uaţia fundamentală de mişcare este dată de ecuaţia de echilibru a cuplurilor motor şirezistent ∑ =0M , rezultă:

jr M M M += ,unde r M este cuplul rezistent static din partea maşinii de lucru.

În cazul general:( )α ω ,,t J J = , deci momentul de inerţie variază în timp (prin redistribuirea maselor),

sau cu viteza unghiularăω

, sau cu unghiul de poziţieα

.Dacă: ct J = , rezultă:

dt

d J

dt

d J M

J

ω ω ω

ω =⋅⋅′⋅=

2

21,

deci ecuaţia fundamentală capătă forma:

dt

d J M M r

ω += ,

cu următoarele cazuri particulare:a) dacă ct =ω , rezultă 0= J M , pentru care se obţine

r M M = ecuaţia fundamentală în regim static.

b) dacăω creşte, 0>

dt

d ω

, se obţine 0>−= r J M M M , rezultă fază şi cuplu de accelerare.

c) dacă ω scade, 0<dt

d ω , se obţine 0<−= r J M M M , rezultă fază şi cuplu de frânare.

Observaţii:a) Cuplul static rezistent r M poate fi de natură:- reactivă - se opune întotdeauna mişcării, derivat din: - forţe de aşchiere;

- frecări;- deformaţii plastice.

- potenţială - păstrează sensul independent de sensul de deplasare, care determină fieaccelerare fie frânare, derivat din: - câmpul gravitaţional (greutăţi proprii);

- deformaţii elastice. b) Momentul de inerţie se calculează cu relaţia:

6



∫ = dmr J 2 , unde r - distanţa de la centrul de masă la axa de rotaţie.

Dacă nu apar redistribuiri de masă, atunci g

DG

g

g Dmr m J

44

222 ⋅

=⋅=⋅= , unde 2 DG ⋅

reprezintă momentul de gravitaţie (sau momentul de volant), indicat în cataloagele maşinilor electrice.c) Durata procesului tranzitoriu

Procesul este tranzitoriu atât timp cât viteza variază. Orice proces tranzitoriu estedelimitat de două regimuri staţionare.Presupunând ct J = şi ct M

J = , ecuaţia fundamentală are forma:

dt

d J M M r

ω +=

Dacă: la 1t avem ct =1ω (regimul staţionar 1),

iar la 2t avem ct =2ω (regimul staţionar 2),

atunci durata tranziţiei se calculează cu relaţia:

( )∫ ∫ ∫ −==−==∆

2

1

2

1

2

1

12

ω

ω

ω

ω ω ω ω

J J r

t

t M

J

M

J d M M

J dt t

La pornire: 01 =ω , rezultă 2ω ⋅=∆ J

pM

J t - timpul de accelerare

La frânare: 21 ω ω → , rezultă ( )12ω ω −⋅=∆

J

t M

J t - timpul de tranziţie

La oprire: 02 =ω , rezultă 1ω ⋅−=∆ J

f M

J t - timpul de frânare

Deci, durata proceselor tranzitorii este cu atât mai mare cu cât J M este mai mic şi invers.

În cazul mişcării liniare (de translaţie), considerând mărimile echivalente: F M → (forţa) v→ω (viteza liniară)

m J → (masa) l →α (deplasarea liniară)se obţine ecuaţia fundamentală de mişcare, de forma:

J r F F F += ,unde am F J ⋅= ( a -acceleraţia liniară)

1.4. Raportarea cuplurilor rezistente statice şi a momentelor de inerţie la acelaşiarbore

Ecuaţia fundamentală de mişcare s-a dedus în ipoteza că toate componentele sistemului au

aceeaşi viteză unghiulară. În realitate, datorită transmisiei T , componentele sistemului auviteze unghiulare diferite. De aceea este necesară raportarea cuplurilor rezistente statice şi amomentelor de inerţie la acelaşi arbore.

Aceasta presupune determinarea unor mărimi echivalente care să aibă acelaşi efect ca şimărimile reale. De obicei raportarea se face la arborele maşinii electrice.

Pentru raportare se aplică principiul conservării energiei: puterea dezvoltată de mărimileraportate trebuie să fie egală cu puterea cerută de mărimile reale, ţinându-se seama şi de

pierderi.

1.4.1.Raportarea mişcărilor de rotaţie la mişcarea de rotaţieFie o transmisie cu roţi dinţate având 1+n arbori (inclusiv arborele ME şi al ML ).

7



Fig.5

Lucrul mecanic elementar (în intervalul de timp dt ) la arborele k poate fi scris:′

+′

=′

kjkr k dAdAdA , unde

dAkr ’ - lucrul mecanic elementar pentru învingerea cuplului static rezistent kr M ;dAkj’ - lucrul mecanic elementar pentru învingerea cuplului dinamic kj

M .Dacă ţinem cont de randamentul transmisiei între motor şi arborele k: η k <1, atunci lucrulmecanic elementar dezvoltat de motor pe arborele k devine:

k

kj

k

kr

k

dAdAdA

η η

′+

′=

Considerând întreaga transmisie, lucrul mecanic elementar dezvoltat de motor în intervalul detimp dt pe toţi arborii va fi:

dt M dAdA

dAdAn

k

n

k

n

k k

kj

k

kr k 00

0 0 0

⋅=′

+′

== ∑ ∑ ∑= = =

ω η η

,

unde: M0- cuplul la arborele motor

Dar: dt M dA kr k kr ⋅=′

ω şi dt M dA kjk kj ⋅=′

ω .

Dacă: ct J k = rezultădt

d J M k k kj

ω ⋅= şi deci k k k kj d J dA ω ω ⋅=

′ .

Înlocuind, expresia dA devine:

∑ ∑= =

⋅

+

⋅

=⋅

n

k

n

k k

k k k

k

kr k d J dt M

dt M 0 0

00η

ω ω

η

ω

ω , din care rezultă

∑ ∑= =

⋅+⋅=n

k

n

k

k

k

k k

k

kr k

dt

d J M M

0 0 00

0

ω

η ω

ω

η ω

ω

Deoarece raportul de transmitere al mişcării de la arborele motor până la arborele k este:

k

k iω

ω 0= decik

k i

0ω ω = , rezultă

dt

d

idt

d

k

k 01 ω ω ⋅= astfel că relaţia devine:

∑ ∑= = ⋅

+⋅

=n

k

n

k k k

k

k k

kr

dt

d

i

J

i

M M

0 0

0

20

ω

η η

8



Notând: ∑= ⋅

=n

k k k

kr r

i

M M

00 η

şi ∑= ⋅

=n

k k k

k

i

J J

020η

, ecuaţia fundamentală de mişcare se poate scrie

sub forma:

dt

d J M M

r

0

00 0

ω += , în care

0r M - momentul rezistent static redus la arborele motorului;0

J - momentul de inerţie redus la arborele motorului.

1.4.2. Raportarea mişcării de translaţie la mişcarea de rotaţieEste necesară când antrenarea se realizează de la un motor rotativ, dar maşina de lucru

are organe mobile în mişcare de translaţie.Se consideră organul mobil de masă m deplasându-se cu viteza liniară v . Reducerea la

axul motorului presupune considerarea unui corp fictiv de moment de inerţie J şi vitezăunghiulară ω , care are aceeaşi energie cinetică.

Deci: r t W J v

mW =⋅=⋅=22

22ω

de unde rezultă2

=m

vm J

Ţinând cont şi de randament relaţia devine:2

=ω η

vm J

Pentru p corpuri în mişcare de translaţie, se obţine:2

1

∑=

=

p

j

j

j

j vm J

ω η .

Pentru p corpuri în translaţie şi n+1 corpuri în rotaţie:

∑∑ ==Σ

⋅+

==

n

k k k

k p

j

j

j

j

i

J vm J J

02

2

1 η ω η

.

Sunt mai rare cazurile când este necesară raportarea rotaţiei la translaţie sau a translaţieila translaţie, care se realizează pe baza principiilor prezentate mai sus.

Observaţie: Momentul axial de inerţie 0 J are un rol foarte important în procesele tranzitorii

ale sistemului de acţionare. El are două componente:− momentul axial de inerţie intern al motorului electric - m J (momentul de

inerţie al rotorului);− momentul de inerţie extern, datorat celorlalte elemente (de la maşina de

lucru, transmisie) reduse la axul motorului - e J .emJ J J +=0

Factorul de inerţie , FI , al unui sistem de acţionare (ML-T-ME) se defineşte prinrelaţia:

11 >+=+

=m

e

m

em

J

J

J

J J FI

1.5. Stabilitatea statică a sistemelor de acţionare (SAE)

Funcţionarea în regim permanent (staţionar) a unui SAE este caracterizată de

inegalitatea dintre cuplul motor M şi cel rezistent r M redus la arborele motor:r

M M =

9



Această egalitate se realizează când ct =ω , caz în care 0==dt

d J M

j

ω .

Regimul permanent are caracteristic un punct de funcţionare (A), care corespundeintersecţiei caracteristicii mecanice a motorului ( )M ω ω = cu caracteristica mecanică amaşinii de lucru ( )r M ω ω = .

În funcţie de forma acestor caracteristici, el poate fi un punct stabil sau instabil de

funcţionare.Un SAE funcţionează stabil într-un punct A, corespunzator unui regim permanent,

dacă atunci când apare o perturbaţie mică şi cu variaţie lentă, fie din partea ME fie din parteaML, ansamblul ME-T-ML intră într-un regim tranzitoriu (de ω variabilă) şi se stabilizează lao nouă valoare într-un alt punct A2 corespunzător unui nou regim permanent.Perturbaţiile se pot datora variaţiei:

− cuplului rezistent Mr;− tensiunii de alimentare;− frecvenţei.Dacă la apariţia unei perturbaţii, ω nu tinde spre o nouă valoare staţionară, sau suferă

oscilaţii neamortizate în jurul valorii anterioare, funcţionarea în punctul respectiv esteinstabilă.Dacă perturbaţiile au o variaţie lentă, se vorbeşte despre o stabilitate (sau instabilitate)

statică.Fie ( )M ω ω = caracteristica motorului şi ( )r M ω ω = caracteristica maşinii de lucru

(fig. 6) la intersecţia cărora se obţine punctul static de funcţionare A1(ω1,M1) pentru care

11 r M M = , )( 1ω la .

Fig. 6Presupunând o perturbaţie din partea maşinii de lucru, care trece de la caracteristica 1

la caracteristica 2, caracteristica motorului rămânând aceeaşi, punctul de funcţionare se mutădin A1 în A' pentru care M1<M'r.

Momentul dinamic:

01 <′−== r j M M dt

d J M

ω , deci ω scade până în punctul de fucţionare A2(ω2,M2)

pentru care avem din nou M2=Mr 2, deci un nou regim staţionar la 2ω .

10



La dispariţia perturbaţiei, se revine în punctul A1 pe traseul A2-A''-A1 în care avem dinnou regimul staţionar iniţial 1

ω . Se spune că funcţionarea SAE este stabilă în punctele A1 şiA2.

Să presupunem un alt caz în care caracteristica motorului are panta pozitivă,reprezentată în fig.7.

Fig. 7

La apariţia unei perturbaţii la maşina de lucru (trecerea de la caracteristica 1 lacaracteristica 2) punctul de funcţionare se mută din A1(ω1,M1) în B(ω1,MB).

Deoarece: M1-MB<0, ω va scădea, deci punctul de funcţionare din B coboară pecurba 2 fără a mai intersecta din nou caracteristica motoare, deci nu se mai atinge un nouregim staţionar. Ca să se ajungă în A2 ar trebui ca turaţia să crească, lucru imposibil deoareceMB <M2, deci ω va scădea până la oprirea mişcării. În acest caz funcţionarea este instabilă!

Explicaţia este urmatoarea: la scăderea vitezei, cuplul motor scade mai repede decâtcel rezistent pe curba 2, astfel că ω scade şi mai mult până la oprire; nu mai este posibilăegalitatea M=Mr, deci atingerea unui nou regim permanent.

Din punct de vedere matematic un regim stabil de funcţionare respectă condiţia:( )

A

r

A d

M d

d

dM

<

ω ω

, adică în punctul A panta curbei motorului trebuie să fie mai

mică decât panta caracteristicii maşinii de lucru.Aşadar, vom avea:

- punct stabil, pentru 0<−

ω d

dM dM r

- punct instabil, pentru 0>−

ω d

dM dM r

Pentru ct M r = , condiţia de stabilitate devine 0<ω d

dM deci caracteristica motorului trebuie

să fie căzătoare.

11



Observaţie: Dacă ( )α J J = şi ( )α ω ω = rezultă 0≠ jdM , sau dacă perturbaţiile au variaţiirapide în timp, este necesar un studiu de stabilitate dinamică.

2. Aparatajul electric

Pentru a realiza diferite funcţiuni ca: pornirea, oprirea, frânarea, inversarea sensului,

reglarea turaţiei, motorul electric este cuprins într-o instalaţie electrică în care aceste funcţiunisunt realizate cu ajutorul aparatajului electric. Reprezentarea instalaţiei electrice se face prinschema electrică şi presupune utilizarea unor simboluri convenţionale de reprezentare.

Este necesar, deci să se cunoască tipurile de aparate electrice de uz general, rolul lor îninstalaţii, caracteristicile funcţionale şi simbolizarea lor.

Clasificarea aparatajului electric se poate face după diferite criterii, dintre care:a) după rolul funcţional:− aparataj de conectare, comutare, comandă (de comutaţie);− aparataj de protecţie;− aparataj electric de semnalizare;

− aparataj electric pentru modificarea parametrilor electrici ai circuitelor. b) după modul de comandă:− cu comandă manuală;− cu comandă automată (electromagnetică)c) după destinaţie:− pentru comenzi generale;− pentru automatizări;− de acţionare (de forţă);− de comandă.

d) după natura dispozitivelor utilizate:

− mecanice;− electromagnetice;− electronice.

Alte criterii de clasificare mai pot fi: după construcţie, după modul de asigurare, etc.

2.1. Aparataj electric de comutaţie

Are rolul de a închide şi a deschide circuitele electrice, utilizând în acest scopcontactele; după modul de acţionare a contactelor, aceste aparate pot fi cu acţionare manualăsau electromagnetică.

Aparatele cu acţionare manuală sunt comandate şi acţionate direct de operator, iar cele

cu acţiune electromagnetică sunt comandate manual sau automat şi acţionate electromagnetic.Separatoarele sunt aparate primare de conectare - deconectare a instalaţiilor electrice(sau reţelelor locale) la reţeaua principală din care se face alimentarea. Pot fi cu comandămanuală sau electromagnetică, mono, bi sau tripolare, fără sau cu camere de stingere a arculuielectric (în aer, gaz, ulei). Sunt aparate de forţă (I şi U mari).

Întrerupătoarele sunt aparate de conectare - deconectare la reţea, amplasate laintrarea în instalaţia electrică.

Pot fi cu comandă - manuală - cu pârghie- pachet

- electromagneticăDupă numărul de contacte (circuite controlate) pot fi:

− monopolare

12



− bipolare

− tripolare

Caracteristici: I nominal (25–1000 A)U nominal (380–500 V)

Butoanele de comandă sunt aparate cu comandă manuală folosite pentru comenzi primare efectuate direct de către operator. Pot fi cu revenire (având o poziţie normală) saufără revenire (cu reţinere), cu unul sau mai multe contacte normal deschise (ND) sau normal

închise (NI).

1- contacte fixe;2- contacte mobile;3- jug mobil izolator;4- arc de compresiune.

Fig. 8Foarte răspândite sunt butoanele cu o singură pereche de contacte:

− de pornire (ND)

− de oprire (NI)

Comutatoarele sunt aparate electrice folosite pentru comutarea circuitelor (separă sauinterconectează circuitele); au două sau mai multe poziţii şi unul sau mai multe etaje(secţiuni). Se folosesc în schemele de comandă pentru selectarea diferitelor regimuri de lucru,cicluri, ş.a.

13



Controlerele sunt comutatoare complexe cu mai multe contacte care închid saudeschid simultan sau succesiv un număr mare de circuite, după o diagramă de lucru.Simbol:

(cu trei poziţii)Contactoarele (ruptoarele) sunt aparate electrice cu comandă electromagnetică.

După destinaţie pot fi:

− de acţionare (utilizate în circuitele de forţă);− de comandă.Prezintă două grupe de contecte:

− principale (amplasate în circuitele de forţă);− auxiliare (pentru diferite comenzi ca: automenţinere, blocare, semnalizare, etc.)

Contactele pot fi: normal deschise (ND) sau normal închise (ND).

14



1- armătură fixă; CP- contacte principale;2- bobină de comandă; CA- contacte auxiliare.3- arc de compresiune;4- armătură mobilă;5- jug mobil izolator;â6- contacte mobile;7- contacte fixe;

Fig.9

Releele de comandă sunt aparate cu comandă electromagnetică funcţionând peacelaşi principiu ca şi contactoarele. Se folosesc ca aparate intermediare între cele cu

comandă primară şi cele de execuţie (de forţă), precum şi în schemele de automatizare.Simbolizare:

15



Bobina de comandă contacte

Releele de temporizare se folosesc pentru realizarea întârzierii comenzilor.După modul de funcţionare, ele pot fi:

- cu temporizare la anclanşare (la alimentarea bobinei de comandă)Contactele acestor relee pot fi normal deschise (ND) cu temporizare la închidere sau normalînchise (NI), cu temporizare la deschidere.Simbolizare:


- cu temporizare la revenire (la eliberare - întreruperea alimentării bobinei decomandă)Contactele acestor relee pot fi normal deschise (ND) cu temporizare la deschidere sau normalînchise (NI), cu temporizare la închidere.Simbolizare:


Limitatoarele de cursă - închid sau deschid unul sau mai multe contacte atunci cândorganul mobil controlat a realizat deplasarea cu o anumită cursă (a atins o anumită poziţie).Simbolizare:

16



2.2.Aparataj electric de protecţie

Se foloseşte pentru protejarea instalaţiei electrice şi a reţelei de alimentare în cazulapariţiei unor scurtcircuite în instalaţia electrică sau pentru protecţia consumatorilor (motoarelor) la suprasarcină.

Scurtcircuitele se caracterizează prin suprasarcini de curent de valori foarte marin s I I )100...10( ××= , ( n I - curentul nominal), cu creştere rapidă în timp.

Suprasarcina se caracterizează prin creşterea lentă a curentului puţin peste valoareanominală, dar care acţionând un timp mai îndelungat determină supraîncălzirea şi ardereamotorului.

Cele mai răspândite aparate de protecţie sunt siguranţele fuzibile şi releele termice.Siguranţele fuzibile sunt aparate de protecţie distructive pentru protecţia la

suprasarcini de tip scurtcircuit. Se montează la intrarea pe diferitele circuite ale instalaţiei şi sedimensionează în funcţie de curentul absorbit.

Simbolizare:

Releele termice sunt aparate de protecţie la suprasarcină. Ele se compun dintr-unrezistor parcurs de curentul absorbit de consumator, care încălzeşte o lamelă din bimetal, caredeformându-se deplasează un jug mobil ce deschide contactele de alimentare a circuitului(contacte normal închise). Pot fi cu recuplare automată după răcire, sau nu (cu blocare).

Simbolizare:rezistor contacte

Ca elemente de protecţie mai pot fi folosite şi releele electromagnetice, care pot fi:- de curent (având ca parametru principal curentul I)- de tensiune(având ca parametru principal tensiunea U)

Aceste aparate pot fi folosite şi în schemele de automatizare.

2.3.Aparataj de semnalizare

17



Au rolul de a semnaliza realizarea unei comenzi, sau a unei situaţii de funcţionareanormală a instalaţiei.

După principiul de funcţionare, ele pot fi:- cu semnalizare optică - cu lămpi de semnalizare

- cu led-uri

Semnalizarea optică se foloseşte pentru semnalizare locală pe pupitrele de comandă.

− acustică – cu sonerii sau buzere

- cu hupe

Semnalizarea sonoră are avantajul că avertizează la distanţă. Se folosesc mai ales în cazde avarii.

- mixtă – optică şi acusticăSemnalizarea mixtă îmbină avantajele celor două sisteme de semnalizare.

2.4.Aparataj pentru modificarea parametrilor electrici

Rezistoarele - se folosesc pentru limitarea curentului sau în divizoarele de tensiune.Ele pot fi:

- fixe (de rezistenţă constantă)

− reglabile: - cu reglare continuă (potenţiometre)

18



- semireglabile

- autovariabile:

cu temperatura (termistori) cu tensiunea (varistori)

Bobinele - se folosesc ca elemente de reactanţă în circuitele de curent alternativ.

Ele pot fi:

- bobină fixă fără miez (în aer)

- bobină cu miez de fier ( pentru joasă frecvenţă)

- bobină cu miez de ferită, ferocart (pentru înaltă frecvenţă)

- bobina semireglabilă

Transformatoarele – se folosesc în vederea modificării tensiunii în circuitele decurent alternativ.Ele pot fi:

19



- cu cuplaj prin aer (folosite în circuitele de foarte înaltă frecvenţă)

- cu miez din tole de Fe-Si (folosite în circuitele de joasăţă)

- cu miez din ferită (folosite în circuitele de înaltă frecvenţă)

Autotransformatoarele ( transformatoare cu o singură înfăşurare)

Sunt mai simple şi mai ieftine decât transformatoarele, dar prezintă dezavantajul că nu

asigură separarea galvanică a circuitului secundar faţă de circuitul primar.Amplificatoarele magnetice – sunt aparate de comandă ce funcţionează pe principiul

saturaţiei magnetice. Se folosesc în circuitele de curent alternativ pentru modificareareactanţei acestora.

20



Ip - înfăşurare principală (de forţă)

Ic - înfăşurare de comandă

Dispozitive semiconductoare (Diode.Tranzistoare.Tiristoare.Triacuri…)

Se folosesc în circuitele electronice ca dispizitive cu comutaţie statică.

3. Principii de alcătuire a schemelor electrice

Într-un sistem de acţionare electrică (SAE) procesul tehnologic impune anumitecondiţii de funcţionare ale motorului electric privind: pornirea, oprirea (frânarea), inversareasensului, reglarea turaţiei, etc.

Pentru realizarea acestor cerinţe trebuie transmise comenzi corespunzătoare motoruluielectric, comenzi care se realizează prin stabilirea unor legături specifice între motorul electricşi aparatajul utilizat în acest scop.

Totalitatea motoarelor electrice, precum şi a altor elemente de execuţie, a aparatajuluielectric şi a legăturilor dintre acestea şi reţeaua electrică de alimentare - constituie instalaţiaelectrică.

Prin schema electrică înţelegem reprezentarea grafică a unei instalaţii electrice,utilizând în acest scop simbolurile convenţionale ale aparatelor electrice şi a legăturilor dintreele.

Se cunosc două tipuri de scheme electrice:- scheme funcţionale;- scheme de montaj.Cea mai utilizată schemă funcţională este schema funcţională de principiu desfăşurată

sau pe scurt schema electrică de principiu. Ea redă principiile care au stat la baza alcătuirii ei

în concordanţă cu cerinţele procesului tehnologic, urmărind succesiunea funcţională acomenzilor.Într-o schemă de principiu distingem:- circuitul de forţă - ce cuprinde statoarele şi rotoarele motoarelor electrice, contactele

principale ale contactoarelor şi elementele de protecţie aferente;- circuitul de comandă - ce cuprinde bobinele şi contactele auxiliare ale contactoarelor,

bobinele şi contactele releelor intermediare, butoanele de comandă şi limitatoarele de cursă;Schemele de montare - se alcătuiesc pe baza schemei de principiu şi a desenului de

amplasare şi servesc la amplasarea aparatelor şi la stabilirea legăturilor dintre ele.

Schemele electrice de principiu se alcătuiesc pe baza următoarelor principii

fundamentale:

21



a) simplitatea comenzii - presupune utilizarea unui număr minim de aparate, elementede execuţie şi legături între acestea, în scopul reducerii costurilor şi al creşterii fiabilităţiiinstalaţiei electrice;

b) siguranţa comenzii - presupune conceperea schemei electrice de principiu astfelîncât să nu existe posibilitatea transmiterii unor comenzi greşite. În acest scop se prevăd

blocaje electrice şi mecanice.

Exemplu: schemă de comandă pentru evitarea transmiterii simultane a comenzilor defuncţionare a motorului în cele două sensuri.În cadrul exemplului de mai jos (fig.10) asigurarea (interblocarea comenzilor) este

dublă: prin contactele normal închise C12 şi C22 şi prin butoanele de comandă duble b1 şi b2 .

Fig.10

c) comoditatea comenzii - presupune un consum minim de timp şi de energie pentruefectuarea comenzii şi o observare comodă şi sigură a elementelor de semnalizare. Pentruaceasta se prevăd comenzi duble, triple, din diferite locuri de deservire a instalaţiei (fig.11).

Fig.11

22



PC1, PC2 - pupitre de comandă, care permit comanda din două poziţii diferite delucru. Pentru dublarea comenzilor, contactele normal închise (de oprire) se leagă în serie, iar cele normal deschise (de pornire) în paralel.

d) flexibilitatea comenzii – comanda este flexibilă dacă se poate trece usor şi rapid dela o modalitate de comandă la alta.

Exemplu: Asigurarea posibilităţii de comandă manuală sau în regim automat(fig.12).

Fig.12

b3 - buton cu asigurare (cu yală)Pornirea se poate face manual, atât timp cât butonul b1 este apăsat, sau automat (cu

memorarea comenzii) dacă b3 este închis.e) depistarea comodă a defectelor - este necesară la instalaţiile de complexitate mare,

sau atunci când instalaţia trebuie repusă rapid în funcţiune. Pentru aceasta se folosesc aparatede semnalizare(lămpi, sonerii) amplasate pe pupitrul de comandă şi legate corespunzător.

În fig.13 se folosesc lămpi de semnalizare:- h1 – pentru semnalizarea existenţei tensiunii de alimentare (siguranţa e1 -integră);- h2 – semnalizează buna funcţionare a contactului de releu d1;- h3 – semnalizează buna funcţionare a contactului releului d2.

Dacă lămpile de semnalizare h1, h2, h3 sunt aprinse dar instalaţia totuşi nufuncţionează, înseamnă că defecţiunea este la nivelul contactorului c1.

Fig.13

23



Un alt exemplu este prezentat în fig.14 pentru semnalizarea suprasolicitării motorului:când releul termic comandă decuplarea motorului electric închide simultan (comută) uncontact normal deschis prin care este alimentată lampa de semnalizare h.

Fig.14

f) precizia de funcţionare (corectitudinea)Schema electrică trebuie să asigure respectarea riguroasă a unei anumite succesiuni acomenzilor în concordanţă cu fazele procesului tehnologic, fără să permită realizarea unor circuite false ca urmare a defectării unor componente (întreruperea unor contacte sau legături,defectarea unei bobine, funcţionarea anormală a unui releu termic).

E xemplu : schema pentru rotirea în ambele sensuri (fig.15)

24



Fig.15În cadrul acestei scheme pornirea motorului se realizează prin apăsarea butonului b1

care asigură alimentarea bobinei contactorului c1. Dacă releul termic decuplează la osuprasolicitare, contactul e1 se deschide şi circuitul de alimentare a bobinei c1 poate sărămână în continuare închis prin bobina contactorului c2 şi lampa de semnalizare h2, iar motorul să nu fie decuplat. De aceea amplasarea corectă a contactului e1 este în circuitul desus.

25



Capitolul II: Masini electrice de curent alternativ;

1. Motoare asincrone trifazate

Sunt cele mai răspândite datorită avantajelor:- simplitate constructivă;- cost redus;- fiabilitate ridicată şi întreţinere uşoară;- robusteţe;- alimentare direct de reţea RST;- caracteristică mecanică semirigidă.Dezavantaje:- posibilitate redusă de reglare a turaţiei;- cuplu de pornire redus.

Constructiv se poate compune dintr-un stator şi un rotor.Statorul – pe rol de inductor este prevăzut cu o înfăşurare trifazată cu ˝p˝ perechi de

poli, alimentată de la cele trei faze RST. Datorită dispunerii geometrice a înfăşurărilor statorice la 120 şi defazării fazelor RST cu acelaşi unghi, se creează un câmp magneticînvârtitor, al cărui maxim se roteşte cu turaţia de sincronism:

p

f n

⋅=

600 [rot/min]

Pentru:1= p rezultă 3000

10 =n 2= p rezultă 1500

10 =n 3= p rezultă 1000

10 =n Rotorul – pe rol de indus – poate fi realizat în două variante constructive:

- tip colivie - două inele de capăt şi o serie de bare fixate între ele, astfel încât secreează spire în scurtcircuit. Rezistenţa circuitului rotoric este de valoare foarte mică(scurtcircuit) şi constantă, fără a putea fi modificată din exterior (este determinatăconstructiv);

- bobinat - realizat din tole şi prevăzut cu un sistem de înfăşurări trifazate cu acelaşinumăr de perechi de poli ˝p˝, capetele înfăşurărilor fiind legate la un colector format din treiinele montate pe axul motorului. Prin intermediul unor perii, înfăşurările pot fi legate direct -rezultând caracteristica naturală, sau indirect, prin rezistenţe suplimentare - obţinându-secaracteristicile artificiale.

1.1. Alunecarea turaţiei motoarelor asincrone

La conectarea inductorului la reţeaua RTS apare câmpul magnetic învârtitor cu turaţia0n . Iniţial rotorul fiind în repaus, prin inducţie electromagnetică în înfăşurările rotorului

apare un sistem de curenţi trifazaţi simetrici de acelaşi sens, care prin interacţiune cu câmpulelectromagnetic care i-a creat determină apariţia unor forţe electromagnetice care pun înmişcare rotorul. Turaţia rotorului va creşte fără să poată atinge vreodată turaţia 0n (în acestcaz 0=motor M ), deci 0nn < , acest fenomen purtând denumirea de alunecare.

Alunecarea relativă se defineşte prin relaţia:

%1000

0 ⋅−

=n

nn s

26



Turaţia nnn −= 02 reprezintă tocmai turaţia relativă între câmpul magnetic învârtitor şi rotor. În regim motor 02 >n , deci alunecarea 0> s . De obicei %65,1 = s . Dacă 02 <n ,adică rotorul este antrenat cu turaţie suprasincronă sau statorul este deconectat, motorul treceîn regim de generator.

Funcţionarea în regim motor este posibilă pentru: 10 << s

1.2. Caracteristicile de funcţionare ale motoarelor asincrone trifazate

1.Caracteristica turaţieiDin relaţia alunecării s, rezulta ( ) snn −= 10 . Deşi ( )

r M f s = , deoarece %6< s rezulta că n este apropiată de 0n (variază puţin cu s) , deci caracteristica de turaţie esterigidă.

2.Caracteristica factorului de putere cosφDeoarece curentul absorbit de motor este inductiv şi aproape independent de sarcină,

rezulta că factorul de putere este întotdeauna inductiv , având valori în intervalul92,072,0cos =φ , pentru. ( ) [ ]kW P 100...6,0= - pentru ambele tipuri de motoareasincrone.3.(Caracteristica) mecanică ( )M f n =

În electrotehnică se demonstrează relaţia:

:,2

:

,2

careîn

s s

s s

M M

rezult ă caredin

s

s

s

sM

M

cr

cr

cr

cr

cr

cr

+⋅=

+≅

M - momentul curent de lucru;cr M - momentul critic, corespunzător turaţiei critice cr

s

Pornind de la relatia ( ) s f M = şi ţinând cont de dependenţa ( ) s f n = , se poate trasa curba( ))( n f M = , sau ( )M f n = ., ambele reprezentate grafic in figura 16.

27



Fig. 16

La pornire (punctul A) avem: 0=n şi 1= s , iar momentul pM M = , Mp fiindmomentul de pornire.

Dacă: jr pM M M +> , motorul porneşte, turaţia creşte şi totodată şi cuplul dezvoltat,

până în punctul critic B ( )cr cr M s , , după care M va scădea până în punctul( )

0,0 nnM D ==

care corespunde funcţionării motorului în gol ideal.Din analiza diagramei se constată că pentru: 00 nn <<

Curba prezintă două zone distincte:a) de la 1= s , )0( =n până la cr s s = , ( )cr nn = - corespunzătoare pornirii motorului, zonă pe

care funcţionarea motorului este instabilă ; b) de la cr s s = la 0= s , ( )0

nn = - zonă pe care funcţionarea motorului este stabilă şicaracteristica este rigidă.

Punctul C ),( nn M n este punctul nominal de funcţionare pentru care se indică

caracteristicile motorului (înscrise pe tăbliţă): puterea nominală – n N [ ] KW

turaţia nominală – nn [ ]min/rot turaţia de sincronism – 0n

rapoartele: 5,27,1 =n

cr

M

M şi 28,0 =

n

p

M

M

1.3. Alunecarea critică

Se poate calcula cu relaţia:

28



′+

′

=

21

2

X X

r s

c r

în care: 2r ′ – rezistenta rotorului raportată la stator ′

2 X - reactanţa inductivă la stator

1 X - reactanţa inductivă a statorului

prin modificarea 2r ′ se modifică scr ., deci forma caracteristicii o familie decaracteristici cu următoarele trăsături:- 2r ′ scr curbe tot mai clasice

- 2r ′ scr creşte pM (curbele 2 şi 3)Deci, motoarele cu rotorul bobinat se vor utiliza numai când e necesar pM mare sau

trebuie reglată turaţia .

1.4. Pornirea motoarelor asincroneLa pornire, deoarece 0nn << , vom avea un curent de pornire ( )84n p I I = , rezultă un

şoc de sarcină, de curent, care provoacă o scădere a tensiunii din reţea cu efecte negativeasupra cuplului de pornire şi asupra funcţionării altor consumatori.

Se admite pornirea directă (prin conectare directă) atunci când Pinst P n *2,0< , dar,când din aceeaşi reţea este alimentat şi iluminatul secţiei, se impune Pinst P n *5,0< , Pinst fiind puterea transformatorului de alimentare a secţiei.

Pornirea directă se poate face numai pentru motoare cu puteri până la KW 5,5 , pentru puteri mai mari fiind necesară pornirea indirectă.

Observaţie: Curentul nominal al motorului se poate determina cu relaţia:][2][

1000

][2

500cos***3 KW P A I

W P P

U

P I nn ≅⇒===

ϕ η

1.4.1. Pornirea directă prin întreruptor (manuală)

Fig.17

29



e- siguranţe fuzibilea- întreruptor Pornirea - oprirea se realizează manual prin acţionarea întreruptorului tripolar a.Metoda se aplică numai la motoare mici ( KW P 2< ) şi la frecvenţe reduse de

comandă.Se foloseşte de obicei un întreruptor pachet sau cu came tripolar. Dacă se foloseşte un

comutator-inversor, se poate realiza şi inversarea sensului de rotaţie.

1.4.2. Pornirea directă prin contactor(automată)

Se utilizează la motoare de puteri mai mari de 2[KW] când pornirea - oprirea trebuierealizată frecvent sau din mai multe locuri.

Fig.18e1- siguranţe fuzibile principalea- întreruptor principale2- siguranţă fuzibilă pentru protecţia circuitului de comandăe3- releu termic

b1- buton de oprire

b2- buton de pornireC1- bobina contactorului de comandăC11- contactele principale ale contactoruluiC12- contact de automenţinere (de memorare) a comenzii de pornire

Pentru pornire se apasă pentru un timp scurt butonul b2, prin aceasta fiind alimentată bobina C1. Ca urmare, prin închiderea contactelor C11 se realizează alimentarea motorului, iar prin închiderea contactului C12 motorul rămâne pornit şi după eliberarea lui b2.

Oprirea se realizează prin apăsarea butonului b1, prin aceasta întrerupându-sealimentarea bobinei C1. ca urmare, se deschid contactele C11 oprind alimentarea motorului;

prin deschiderea contactului C12 motorul rămâne oprit şi după eliberarea butonului b1.În timpul mersului la apariţia unei suprasarcini releul e3 întrerupe alimentarea bobinei

C1 determinând oprirea motorului.

30



1.4.3. Pornirea indirectă

Este necesară pentru motoarele cu putere KW 5> , la care socul de curent la pornireeste mare. Motoarele cu rotorul în scurtcircuit pot fi pornite prin reducerea tensiunii în faza de

pornire, aceasta realizându-se pe următoarele căi:- pornirea ∆−Y

- prin introducerea în circuitul statoric a unor rezistenţe sau bobine de pornire- cu ajutorul autotransformatoarelor coborâtoare de tensiune U

1.4.3.1. Pornirea ∆−Y

Metoda se poate aplica numai la motoarele electrice proiectate să funcţioneze, cu înfăşurărilestatorice legate în ∆ (dimensionate pentru acest mod de legare). La pornire înfăşurările seleagă în Y , apoi , după accelerarea mişcării, se comută pe ∆.

Fig.19l

U - tensiunea de linie f

U - tensiunea pe înfăşurările motorului f I - curentul prin înfăşurări

Pentru conexiunea Y putem scrie:

3

l U

f

l f

U

I I

=

=

Υ

Υ Υ

Pentru conexiunea ∆ avem:

l f

l f

U U

I I

=

=

∆

∆

∆3

Din compararea curenţilor de linie absorbiţi pentru cele două tipuri de conexiuni, seobţine :

3

1

*3*

3

1**

3

1

*3====

∆

Υ

∆

Υ

∆

Υ

l

l

f

f

f

f

l

l

U

U

U

Z

Z

U

I

I

I

I ,

în care Z- impedanţa înfăşurărilor

31



Se constată că curentul absorbit este de trei ori mai mic la conexiunea Y decât laconexiunea ∆.Deoarece la motoarele asincrone I K M ⋅= , rezultă:

3

1*

3

1

2

2

==∆

Ψ

l

l

U

U

M

M .

Deci, momentul de pornire pM şi momentul critic cr M vor fi de trei ori mai mici la pornirea Y faţă de funcţionarea în regim ∆, deci şi puterea la pornire este de trei ori maimică. De aceea, metoda se aplică la instalaţiile care nu necesită un cuplu mare la pornire, iar durata pornirii trebuie limitată la strictul necesar. Prin urmare comutarea ∆−Y se recomandăsă se facă automat.

La nivelul diagramelor caracteristcilor mecanice punctul de funcţionare pleacă din A,urcă pe curba 1 (funcţionare Y) până în punctul B când se comută pe caractersitica ∆ (setrece din B în C) de unde urcă mai departe până în punctul nominal de funcţionare D.

Fig. 20

Pornirea ∆−Y se poate realiza manual sau automat.

1.4.3.1.1. Pornirea stea-triunghi cu comandă manuală

Se realizează cu ajutorul unui comutator stea-triunghi (Fig. 21)

32



Fig. 21

Înfăşurările statorice ale motorului sunt: AX, BY, CZ.La pornire comutatorul C se pune pe pozitia 1 (Y), iar apoi se comută pe pozitia 2 (

∆). Pornirea - oprirea se realizează prin întreruptorul a (cu comandă manuală).Metoda se utilizeeza la puteri mai reduse si la frecvente mici de porniri-opriri.

4.4.3.1.2.Pornirea stea-triunghi cu comandă automată şi comutare temporizată

In figura 22 este prezentata o schema de pornire stea-triunghi cu comanda automata sicomutare temporizata.

Fig. 22

33



In figura sunt reprezentate urmatoarele elemente:1e -siguranţe fuzibile principalea-intreruptor principal

2e -siguranţă fuzibilă pentru circuitul de comandă

3e -releu termic

ob -buton de oprire pb -buton de pornire

C1-contactor pentru alimentarea motoruluiC2- contactor pentru realizarea conexiunii triunghiC3-contactor pentru realizarea conexiunii stead-releu de temporizare la eliberare

La apăsarea butonului pb se asigură alimentarea bobinei releului d care isi inchideimediat contactul d realizand alimentarea bobinei contactorului C3.Ca urmare se deschidecontactul 23C de interblocare a contactorului C2, iar apoi prin inchiderea contactului 33C se asigură alimentarea bobinei C1. Prin inchiderea contactelor 13C se asigură comutarea

infăsurarilor pe conexiunea stea, astfel incat la alimentarea lui C1, prin inchiderea contactelor 11C motorul porneste pe conexiunea stea. Prin inchiderea contactului de automentinere 21C

motorul ramane pornit si dupa eliberarea butonului pb .Prin deschiderea contactului 31C seintrerupe alimentarea bobinei releului d, care dupa scurgerea timpului de temporizare isideschide contactul d,intrerupand alimentarea bobinei C3. Ca urmare se deschid contactele

principale 13C ,iar prin inchiderea contactului 23C se asigura alimentarea bobinei C2,care prin inchiderea contactelor 12C asigura legarea infasurarilor in conexiunea triunghi;deasemenea se deschide contactul 22C de interblocare a contactorului C3.Motorul functioneazain continuare pe conexiunea triunghi pana la apasarea butonului ob ,cand toate contactoarelesi releul d revin in pozitia normala.

1.4.3.2 Pornirea prin înserierea de rezistoare cu înfăşurările statorice

Prin inserierea de rezistoare cu infăsuratorile statorice in faza de pornire se poatereduce curentul rotoric.In functie de numarul de rezistoare inseriate, pornirea se poate realizacu una sau mai multe trepte de pornire.

In figura 23 este prezentata o schema de pornire cu o singura treapta intemediara, incare s-au notat urmatoarele elemente:

1e -sigurante principale

a-intreruptor principal2e -releu termic

3e -siguranta pentru protectia circuitului de comanda

1b -buton de pornire

2b -buton de oprireR-rezistoare de pornireC1-contactor pentru alimentarea motoruluiC2-contactor pentru şuntarea rezistoarelor d-releu cu temporizare la alimentare

34



Fig. 23Schema functioneaza dupa cum urmeaza :La apasarea butonului 1

b se inchid contactele 11C , motorul fiind alimentat curezistoarele R inseriate cu infasuratorile statorice. Prin inchiderea contactului 21C se asiguraautomentinerea comenzii de pornire si dupa eliberarea butonului 1

b , iar prin inchidereacontactului 31C se realizeaza alimentarea bobinei releului d. Dupa scurgerea timpului de

temporizare, timp in care motorul isi accelereaza miscarea, se inchide contactul d, fiindalimentata bobina contactorului C2. Prin inchiderea contactelor 12C , rezistoarele R suntscoase din circuit, motorul functionand in continuare pe caracteristica naturala. Prininchiderea contactului 22C se aprinde lampa de semnalizare h care indica sfarsitul fazei de

pornire.Metoda nu este economică datorită pierderilor pe rezistoarele R, iar sistemul de

comanda este complicat. De asemenea metoda este putin eficienta datorita aparitiei unor variaţii bruşte de curent.

1.4.3.3. Pornirea cu bobine sau autotransformator

35



Fig.24

Cu înfăşurătorile statorice se inserează nişte bobine reglabile manual pe masură cemotorul accelerează. După atingerea turaţiei nominale, bobinele sunt scurtcircuitate de cătrecontactele contactorului C1. Dacă contactele C2 sunt închise, pornirea se realizează prinautotransformator.

Metoda permite reglarea continua a tensiunii motorului si controlul acceleratieimişcarii.

Se foloseşte la motoare de putere foarte mare şi la porniri rare.

1.4.3.4Pornirea indirecta a motoarelor cu rotorul bobinatLa motoarele cu rotorul bobinat, limitarea curentului de pornire se poate realiza prin

inserierea de rezistoare în circuitul rotoric.Pornirea se poate realiza intr-o singura treapta sau în mai multe trepte.În figura 25 este prezentată o schemă de pornire în două trepte prin introducerea a

două grupuri de rezistoare R1 si R2 care sunt şuntate succesiv prin închiderea contactelor 12C si 13C prin utilizarea în schema de comandă a două relee de temporizare la alimentare

1d şi 2d . Schema functionează pe aceleaşi principii cu schema din figura 23.Pornirea se face în două trepte intermediare. La momentul iniţial se pleacă din punctul

A, motorul funcţionand pe caracteristica artificială 1 obţinută prin înserierea în circuitulrotoric a ambelor grupuri de rezistoare 1

R + 2 R .În punctul B, după scurgerea timpului detemporizare al releului 1

d şi alimentarea bobinei 2C , se închid contactele 12C care scot dincircuit rezistoarele 1

R , motorul trecand pe caracteristica artificială 2, punctul de funcţionaredeplasandu-se din C în D. După scurgerea timpului de temporizare al releului 2d estealimentata bobina 3

C astfel încat prin închiderea contactelor 13C sunt scoase din circuit sirezistoarele 2 R , motorul funcţionand în continuare pe caracteristica naturală.(punctul defuncţionare se deplasează din E în F).

Prin alegerea corespunzătoare a duratelor de temporizare, cuplul de pornire poate fimenţinut in intervalul ( minmax, p p M M ).

36



Metoda asigură curent de pornire mic şi cuplu mare de pornire, la limită egal cumomentul critic: cr p

M M =max .Observaţie –dacă în circuitul rotoric se introduce un reostat trifazic, atunci se poate realizareglarea continuă a turaţiei motorului, atât la pornire cât şi în timpul lucrului.

Fig. 25

1.4.4.Inversarea sensului de rotaţie al motorului asincron trifazat

Sensul de rotaţie al motorului asincron este dat de sensul de rotatie al câmpuluimagnetic învârtitor, care la rândul său este determinat de succesiunea fazelor.

Pentru inversarea sensului de rotaţie este deci suficient să inversăm între ele oricaredouă faze. Acest lucru se poate realiza în două moduri:

Manual, cu ajutorul reversoarelor de sens (figura 26);Automat, cu ajutorul contactoarelor,figura 27, în care se utilizează două contactoare

câte unul pentru fiecare sens de rotaţie.Prin apăsarea butonului 1

b este alimentată bobina 1C ; ca urmare se deschide

contactul 31C (de interblocare) din circuitul bobinei 2C , iar apoi se închid contactele 12C ,realizându-se rotirea motorului în sensul direct. Se închide de asemenea contactul 21C deautomenţinere a comenzii şi după eliberarea butonului 1

b .Apăsarea butonului 2b (de rotaţie

în sens invers) nu are nici un efect datorită contactului 31C care este deschis.

Pentru inversarea sensului de rotaţie este necesară mai înâi oprirea motorului prinapăsarea butonului 3

b , astfel încât se întrerupe alimentarea bobinei C1 şi se închide contactul

37



31C .Prin aceasta, la apăsarea butonului 2b se asigură alimentarea bobinei contactorului 2C

care prin închiderea contactelor 12C realizează alimentarea motorului cu două faze inversate.Se închide, de asemenea contactul 22C de automenţinere a rotaţiei in sens invers şi dupăeliberarea lui 2

b , iar prin deschiderea contactului de interblocare 32C se elimină efectulapăsării butonului 1

b .

Contactele auxiliare normal închise 31C şi 32C asigură interblocarea contactoarelor C1 si C2 pentru evitarea comandării simultane a acestora, fapt ce ar determina punerea înscurt circuit a două faze..

Fig.26 Fig.27

1.4.5.Reglarea turaţiei motoarelor asincrone

Prin reglarea turaţiei înţelegem modificarea voită a acesteia, potrivit unei anumitecerinţe de acţionare. Reglarea se poate face manual sau automat, prin intermediul unui sistemde comandă.

Se cunoaşte că ( ) s p

f n −= 1

*60, de unde rezultă şi posibilităţile de reglare a turaţiei:

I. schimbarea numărului perechilor de poli, p;II. variaţia alunecării s;III. alimentarea cu frecvenţă variabilă f;IV. reglarea tensiunii de alimentare.

I. Reglarea turaţiei prin schimbarea numărului perechilor de poli pEste o metodă de reglare discretă a turaţiei care se aplică la motoarele asincroane cu

rotorul de tip colivie. Nu se aplică motoarelor cu rotor bobinat deoarece simultan cumodificarea numărului de poli la stator trebuie să se modifice corespunzător numărul

perechilor de poli la rotor, ceea ce este complicat.

38



De obicei se realizează două turaţii ( 3000/1500, 1500/750, 1000/500), mai rar trei sau patru turaţii.

Se cunosc două modalităţi:1. Utilizarea unei înfăşurări statorice speciale şi:

a) modificarea conexiunilor înfăşurării (Dahlander) b) modulaţia amplitudinii pe pol.

2. Utilizarea a două înfăşurări statorice pe fază:a) o înfăşurare specială Dahlander plus o înfăşurare obişnuită, obţinandu-se 3turaţii (3000/1500+1000).

b) două înfăşurări speciale Dahlander, rezultând patru viteze(3000/1500+1000/500).Comutarea înfăşurărilor se poate realiza manual (cu comutatoare) sau automat, utilizăndscheme de comandă corespunzătoare..

Metoda 1.a: Presupune utilizarea unei înfăşurări speciale Dahlander cu douăcomponente care se pot lega:

-în serie şi în fază, obtinandu-se un numar de poli p=2;-în paralel şi în opoziţie, rezultând p=1.

(a) (b)Fig.28

Schimbarea turaţiei se face la putere aproximativ constantă 86,02

1 = P

P .

Exemplu de legare şi comutare a înfăşurărilor:

Fig.29

Schimbarea turaţiei se face la putere aproximativ constantă 86,02

1=

P P

39



II. Reglarea turaţiei prin modificarea alunecării sMetoda se aplică motoarelor cu rotor bobinat şi se realizează prin reglarea rezistenţei

circuitului rotoric, obţinându-se reglarea continuă a turaţiei într-un domeniu de 15 - 20 % dinturaţia nominală nn (fig. 30).

Fig. 30

Reglarea are loc la cuplu constant.Dezavantajele reglajului sunt:- este neeconomic, deoarece cu cresterea rezistenţei circuitului rotoric r R cresc

pierderile prin efect Joule - Lenz;- este instabil la încărcări mici;-reglarea se poate realiza numai pentru turaţii nomnn -reostetele de reglare sunt voluminoase;Metoda se aplică la motoare de putere mică.

III. Reglarea turaţiei prin alimentarea cu frecvenţă variabilă (mărită)

Metoda se aplică pentru realizarea unor turaţii foarte mari, care prin transformaremecanică de multiplicare a turaţiei, nu ar putea fi realizate (apar vibratii, zgomote şi uzurimari).

Exemplu-la rectificarea interioară, pentru diametrul sculei [ ]mm3=φ şi viteza[ ] smv /30= , este necesară turaţia:

min/1900003*

60*30*1000

*

*1000rot

d

vn

s

≅==π π

Pentru turaţii 100000n -se pot folosi transmisii cu curele late din materiale speciale.

Pentru: [ ]min/300000100000 rot n se pot folosi turbine pneumatice sau motoare

asincrone de frecvenţă mărită.La aceste motoare de turaţie marita, pentru realizarea unui moment de inerţie redus,rotorul are diametru mic şi lungime mare, sau se utilizeaza un rotor disc. Partea mecanicătrebuie realizată în condiţii speciale:-echilibrare dinamică;-lagăre de rostogolire cu rulmenţi preselecţionaţi şi montaţi cu prestrângere;-lagăre cu sustentaţie aerodinamică;- lagăre cu sustentaţie hidrostatică.

Pentru realizarea turaţiei de mai sus este necesara alimentarea motorului la frecventa :

[ ] Hz f 315060

190000

≅=Aceste frecvenţe mărite pot fi realizate cu generatoare de frecvenţa care pot fi:

40



-convertizoare de frecvenţă - care sunt generatoare rotative formate dintr-un motor asincron de 3000 [ ]min/rot care antrenează un generator de frecvenţă mărită.Generatoarele rotative au următoarele caracteristici:

- randament ridicat;- siguranta în funcţionare;- gabarite mari;

- frecvenţă fixă (300 - 2400 Hz).Se utilizeaza pentru puteri mari.-g eneratoare electronice (statice), care au următoarele caracteristici:

- randament redus;- costuri mari;- frecvenţă reglabilă continuu într-un interval larg.

Se utilizează la puteri mici, mijlocii.

IV. Reglarea turaţiei prin reglarea tensiunii de alimentare

Metoda se utlilizeaza mai puţin, deoarece odată cu reducerea tensiunii de alimentarescade şi momentul motor M.

Metoda se poate aplica prin:-utilizarea unui autotransformator;-cu amplificatoare magnetice;-folosind convertizoare de curent alternativ cu tiristori.

În figura 21 este prezentată schema bloc a unui sistem de reglare care utilizează unconvertizor de curent alternativ cu tiristori. Sistemul se compune din următoarele blocuri:

DR-dispozitiv de reglare a tensiunii cu tiristoare comandateDCT-dispozitiv de comandă a tiristoarelor DPR-dispozitiv de programare a valorii de referinţăTG-tahogenerator

Fig.31Reglarea tensiunii se realizează de la potenţiometrul P, iar stabilizarea turaţiei

se obţine cu ajutorul tahogeneratorului TG şi a dispozitivului de reglare DPR.

1.5.Oprirea şi frânarea motoarelor electrice asincrone trifazateOprirea se poate face în două moduri:

-inerţial, prin consumarea energiei cinetice reziduale, prin frecările proprii din sistem,rezultând un timp de oprire mare;

41



-cu frânare forţată, obţinându-se un timp de oprire redus şi o crestere a preciziei deoprire la cotă;

Frânarea forţată poate fi:-exterioară-cu frână mecanică;-interioară-electrică prin motor.

Frânarea prin motor se poate face în trei moduri:

-prin contraconectare;-prin metoda de frânare dinamică;-prin metoda de frânare recuperativă.

Frânarea prin contraconectare (fig. 32)Se realizează prin inversarea pentru un timp scurt, determinat, a oricăror două faze de

alimentare, urmată de deconectarea completă a motorului de la reţea. Prin inversarea sensuluide rotaţie a câmpului magnetic înfăşurător se dezvoltă un cuplu foarte mare de frânare carereduce rapid turaţia. Punctul de funcţionare se deplasează din A în B şi coboară până în

punctul C. Dacă în C motorul nu este deconectat, începe rotirea în sens invers.

La aplicarea acestei metode apar solicitări dinamice mari.Dacă frânarea se realizează pe caracteristica artificială 3 se obţine un efect de frânare

şi mai pronunţat, dar metoda este mai complicată şi se poate aplica numai la motoarele curotorul bobinat..

Fig. 32Frânarea dinamicăFrânarea dinamică sau în regim de generator nerecuperativ, constă în deconectarea

statorului de la reţea şi conectarea înfăşurătorilor statorului ( 2 înseriate la conexiune stea) la osursă de curent continuu. Motorul se transformă într-un generator sincron cu câmpul magnetical statorului (inductor) fix în timp şi variabil în spaţiu, iar rotorul ca indus. Energia electrică

produsa este onsumată (transformată în căldură) pe rezistenţa circuitului rotoric.Punctul de funcţionare se deplasează din Aîn B, coborând apoi pe caracteristica 2 până

în punctul O, în care turaţia este zero.

42



Fig. 33

Cuplul de frânare este dat de relaţia:

r e f I K M **φ =

în care : ee I K *1=φ este fluxul de excitaţie, iar r I - curentul rotoric.Frânarea are loc ca urmare a trecerii de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2. La turaţii

mari, f M este redus şi când turaţia tinde spre zero, f M tinde spre zero, ceea ce nucorespunde cel mai bine cerinţelor de frânare. De aceea, pentru motoarele cu rotor bobinat se

poate lucra pe caracteristica artificială 3 obţinută prin introducerea unor rezistenţesuplimentare de frânare în circuitul rotoric.

Se poate proceda şi combinat, pe caracteristicile 3 şi 2.Reglarea f M se poate face şi prin reglarea curentului de excitaţie e I .Principiul metodei de frânare dinamică este prezentat în figura 34.

Fig.34În figură s–au notat:

T – transformator;R – redresor;

43



C1 – contactor de pornire – oprire;C2 – contactor de frânare;d – releu de timp cu temporizare la alimentare;

b1 – buton de pornire; b2 – buton de oprire naturală (inerţială); b3 – buton de oprire cu frânare forţată.

Schema funcţionează în felul următor.La apăsarea butonului b1 este alimentată bobina contactorului C1 care îşi închide

contactele principale C11 asigurând pornirea motorului. Se închide de asemenea contactul C12

de automenţinere a comenzii de pornire şi contactul C13 de pregătire a fazei de frânare.La apăsarea butonului de frânare b3 este alimentată bobina releului d care îşi închide

imediat contactul d asigurând alimentarea bobinei contactorului C2. Prin deschidereacontactului C22 se întrerupe alimentarea bobinei C1 motorul fiind decuplat de la reţea şi sedeschide de asemenea contactul C13 întrerupând alimentarea bobinei d. Prin închidereacontactelor C21 tensiunea continuă redresată de redresorul R este aplicată pe două faze alemotorului, începând procesul de frânare. După scurgerea timpului de temporizare, contactul d

se deschide întrerupând alimentarea bobinei C2, terminându-se faza de frânare.Dacă timpul de temporizare este mai mare decât timpul de oprire a mişcării se obţine

frânarea totală a motorului.

O altă metodă de frânare dinamică este frânarea cu condensatori (fig.35).Această metodă constă în întreruperea alimentării motorului prin deschiderea

contactelor C1 urmată de cuplarea pe înfăşurările statorice a condensatoarelor C, realizată prinînchiderea contactelor C2.

(a) (b)Fig. 35

Punctul de funcţionare se deplasează pe traseul A – B – C.Frânarea este puternică la început, dar când turaţia se reduce la 03,0 nn ⋅= , momentulde frânare f M devine nul.Dacă este necesar se poate continua frânarea prin altă metodă,

până la oprirea totală.

Frânarea recuperativă (fig.36)Se poate aplica numai la motoarele cu două turaţii şi constă în trecerea motorului de pe

turaţia superioară pe turaţia inferioară.Prin aceasta motorul trece în regim de generator suprasincron (atâta timp cât rotorul are o turaţie mai mare ca 0n ), cu recuperarea energieielectrice produse care este livrată la reţea.

Punctul de funcţionare se deplasează pe traseul A – B - 0n .Frânarea nu este totală, ea are loc până la

44



0nn =,

după care motorul trebuie deconectat şi aplicat în continuare un alt procedeu de frânare pânăla oprirea totală.

Fig. 36

Tipuri de motoare asincrone fabricate în ţară

Motoare normale (condţii generale):- altitudine maximă - 1000 m;

- temperatura maximă C °40 ;- umiditatea relativă ( )%1565 ± la C °20 (mediu temperat);- lipsa vaporilor de apă, acizi etc. şi a prafului abraziv sau matalic.

Motoare asincron normale cu rotor în scurtcircuitSe construiesc pentru [ ] [ ] [ ]min/3000750,500,1008,0 0 rot nV U KW P =≤= în

zece gabarite dimensionale, cu tălpi de fixare sau cu flanşă.Simbolizarea motoarelor cu rotorul de tip colivie este de forma: ASI-_ _ _ -S,M,L_, în

care: A - asincron; S - cu rotor în scurtcircuit; I - construcţie închisă; _ _ _ - un număr de douăsau trei cifre care indică distanţa de la axa arborelui la suprafaţa de aşezare a tălpilor; S,M,L -lungimea rotorului maşinii (S - scurt; M - mediu; L - lung.); _ - numărul de poli (sau lungimeaîn consolă a arborelui/numărul de poli).

Simbolizarea motoarelor cu rotorul bobinat este de forma: AFI-_ _ _ -S,M,L_, unde Fsemnifică un rotor fazic.

2 Motoare asincrone specialeDintre motoarele asincroane speciale mai răspândite sunt: motoarele asincrone

monofazate şi motoarele asincrone duble.

45



a) Motoarele asincrone monofazate - au o înfăşurare statorică monofazată, astfel încât nu maiapare un câmp magnetic învârtitor rezultând dificultăţi la pornire (în alegerea sensului derotaţie).

Pentru determinarea sensului de rotaţie se poate proceda prin mai multe metode, şi anume:-prin imprimarea unui impuls exterior de rotaţie al rotorului în sensul dorit;-pornire cu fază auxiliară şi condensator de pornire;

-cu spiră în scurtcircuit (sau cu bobinaj de ecranare).La motoarele cu spiră în scurtcircuit (fig.37), pe statorul (1) pe lângă înfăşurarea obişnuită(4) care se leagă la reţea, pe fiecare pol există o spiră în scurtcircuit (3) în care se induce otensiune electromotoare ce determină un curent mare care crează un flux rotit cu °90 faţă decel principal , creând un pol aparent, şi care pune în mişcare rotorul (2) la pornire înspre polulaparent.

Aceste motoare au moment de pornire pM mic.

Fig. 37

b) Motoarele asincrone duble - asigură o turaţie de sincronism de 6000 [ ]min/rot .Există două variante:

-cu rotoare concentrice;-cu rotoare coaxiale.Mai răspândită este prima variantă. Ea are două rotoare: un rotor central tip colivie; un

rotor intermediar prevăzut la interior cu un bobonaj ca cel statoric, iar la exterior cu o colivieîn scurtcircuit. Statorul are înfăşurări normale. Cele două rotoare se rotesc fiecare cu 3000

[ ]min/rot , astfel încât turaţia rotorului central este dublă (6000 [ ]min/rot ).

Motoare de curent alternativ cu turaţie reglabilăSunt motoare de curent alternativ cu rotorul bobinat, cu colector.

Avantaje:- reglarea turaţiei în limite largi, cu aparatură simplă, şi sub sarcină;- cuplu mare de pornire;- caracteristică rigidă, mai ales la turaţii ridicate

Dezavantaje:- construcţie mai complicată;- prezenţa colectorului – dispozitiv cu uzuri mari şi care generează paraziţi electromagnetici;- elasticitate mare a caracteristicii la turaţii mici.a) Motoare de curent alternativ monofazate cu colector

46



Constructiv se aseamănă cu cele de curent continuu, având un stator cu înfăşurare deexcitaţie şi un rotor (indus) bobinat cu înfăşurările legate la un colector alimentat de la reţeauade curent alternativ. El poate fi alimentat şi în curent continuu, de aceea mai este numit şimotor universal.

Înfăşurătoarea statorică este înseriată cu cea rotorică, deci schimbarea sensului de rotaţiese face prin schimbarea sensului curentului în una din cele două înfăşurări.

Reglarea turaţiei - se realizează prin reglarea curentului, fiind preferată reglareacurentului rotoric (se obţine o mai bună stabilitate turaţiei la valori reduse).În funcţie de modul de reglare a turaţiei, aceste motoare pot fi de trei feluri (fig.38).

Fig.38Caracteristici:Aceste motoare realizează turaţii mari şi foarte mari (până la 40.000 [ ]min/rot ). Deasemenea, ele realizează momente de pornire mari, n p M M 5,2= , în condiţiile unui curent de

pornire mic, n p I I 3< .

3 Motoare de curent alternativ trifazate cu colector cu alimentare în rotor (Schrage)Rotorul - are două înfăşurări separate pe fiecare fază: prima, dispusă la baza crestăturilor,constituie primarul unui transformator rotativ în ∆alimentată de la reţea prin trei inelecolectoare; înfăşurarea secundară, dispusă peste primar, este, o înfăşurare cu prize multiple cucapetele legate la lamele unui colector. Tensiunea indusă în înfăşurarea secundară este culeasăla două seturi de perii A şi B şi aplicată la înfăşurarea statorică trifazată. Periile au poziţiaunghiulară reglabilă, astfel că tensiunea U, de frecvenţă relativă 2

f este reglabilă.

Apar două situaţii:- unghiul pozitiv – se obţine rotire într-un sens, cu turaţie suprasincronă faţă de r U ;

- unghiul 0=β (periile A şi B se află pe aceeaşi lamelă) - motor asincron cu înfăşurareaindusului (stator) în scurtcircuit (alunecarea depinde de rezistenţa înfăşurării statorice);

- unghiul negativ – rezultă rotire în sens invers.Pentru °+<<°− 180180 β vom avea turaţia maxmax nnn +<<− , cu 0max 2 nn ⋅= . Pentrureducerea solicitărilor se limitează turaţia la intervalul 00 5,15,0 nnn ⋅≤≤⋅ .

47



Fig. 39Avantaje:- curentul absorbit este proporţional cu cuplul;- caracteristica rigidă, ca a motorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie la reglareafluxului de excitaţie eφ ;- cuplu mare de pornire, ( ) n p M M ⋅= 5,22 , la curent mic de pornire n p I I ⋅< 5,2 , fiind

posibilă pornirea directă până la puterea [ ] KW P 60= ;- raport de reglare a turaţiei până la 1:10 (chiar 1:50 la puteri mici);- sunt economice în exploatare.Dezavantaje:- sunt scumpe;

- timp de pornire mare.

Motoare de curent alternativ trifazat cu colector cu alimentare în stator (Winter - Eichberg)(fig.40)Statorul (inductorul) - are înfăşurări trifazate ca la motorul asincron obişnuit şi este alimentatde la reţea.Rotorul – este confecţionat din tole având înfăşurările legate la un colector cu trei periicolectoare dispuse la °120 . Periile se leagă la cursoarele unui transformator de reglaj Tr (cu

prize mediane la secundar).

Statorul produce un câmp magnetic învârtitor cu turaţia p

f

n

600=

, care induce în rotor otensiune 20U de frecvenţă s f f ⋅= 12 , care se însumează vectorial cu tensiunea Ur aplicată

prin transformator, rezultând un curent şi cuplul corespunzător. Se disting trei situaţii:

- dacă cursorul Tr este la zero, 0=r U şi motorul lucrează ca un motor asincron cu rotorul înscurtcircuit;

- dacă cursorul este sus, maxr r U U = şi în fază cu 1U , deci în antifază cu 20U rezultând un

curent mic şi un cuplu mic, deci turaţie mică; motorul funcţionează asemănător cu motorulasincron cu rezistenţe în circuit rotoric;

- cursorul jos , max _ r r U U −= , opusă ca fază cu 1

U şi în fază cu 2U , cu care se adună;

rezultă curent mare, cuplu mare, turaţie mare suprasincronă.

48



Fig.40

Domeniul de reglaj este %5 0± din 0n , deci raportul de reglare 1:3=n R , curandamente mari la turaţii 0> nn şi randamente mai mici pentru turaţii 0<nn . Se poateobţine chiar 0=n .

Se construiesc pentru puteri mari (>100 KW) şi min / rot n 1500=0 , cu porniri şiinversări frecvente.

4. Arborele electric

Arborele electric este un grup de maşini electrice interconectate în vedereasincronizării a două mişcări realizate la distanţă, fără utilizarea unor legături mecanice.

Exemplul 1 – arbore electric realizat cu patru maşini electrice (fig.41)

Fig. 41=21 m ,m motor asincron cu rotor tip colivie=43 m ,m motor asincron cu rotorul bobinat cu înfăşurările legate în opoziţie şi identice.

Dacă: 21 = nn (funcţionare sincronă), tensiunile electromotoare 3 E şi 4 E induse în

rotoarele lui 3m şi 4m sunt egale şi opuse, deci curenţii rotorici sunt nuli.

Dacă: 12 < nn , tensiunile electromotoare 3 E şi 4 E nu mai sunt în antifază (fig.42),rezultă E ≠ 0 şi 43 += I I I

49



Fig. 42

Se observă că 3 I este în fază cu 3

E , dar 4 I este în antifază cu 4 E , deci 3m va

lucra ca generator, iar 4m va lucra ca motor, accelerând mişcarea 2n , până ce din nou seobţine egalitatea 21 = nn .

Această variantă se foloseşte atunci când puterile la cele două mişcări suntaproximativ egale şi mari.

Dacă un motor acţionează un lanţ cinematic principal şi altul un lanţ cinematicauxiliar, cu a p N N >> , se poate folosi un arbore electric cu 3 maşini.

Exemplul 2: arbore electric cu trei maşini electrice (fig.43)Pentru a avea 0≠2n , este necesar ca 3m să fie alimentat în rotor permanent de tensiuneelectromotoare indusă în rotorul lui 2m , deci cele două mişcări nu sunt strict sincrone, ciîntotdeauna există un desincronism, care se menţine însă aproximativ constant. În consecinţă,întotdeauna vom avea 12 < nn .

Fig.43

Exemplul 3: arbore electric cu două maşini electrice (fig.44)Se foloseşte la viteze reduse şi puteri mici.

−321 , , P reostate pentru echilibrare.În acest caz ambele motoare trebuie să fie cu rotorul bobinat.

50



Fig. 44

Dezavantajele arborelui electric:- cost şi gabarit ridicat;

- necesitatea introducerii unor reductoare între motor şi organul de execuţie, deoarece laturaţii mari ale motorului sincronizarea este mai bună.

51



III. Masini electrice de curent continuu

1 Constructie si clasificareSunt formate dintr-un stator sau inductor, care poartă bobinele de excitaţie şi un rotor

sau indus având înfăşurările legate la un colector cu perii şi alimentate de la o sursă de curentcontinuă.

După modul de alimentare a inductorului se deosebesc patru tipuri de motoare decurent continuu:- cu excitaţie serie (fig.45)

( )M f I I I er ===

Prezintă o caracteristică mecanică foarte elastică şi neliniară

Fig. 45

- cu excitaţie derivaţie (fig.46)

.ct .ct I

I I I

ee

er

=Φ⇒=

+=

Prezintă o caracteristică naturală (cn) rigidă şi liniară.

Fig. 46- cu excitaţie separată (fig.47)

52



reglabil , I

reglabil I

e

r

−Φ

−

Prezintă o caracteristică naturală rigidă, cu posibilităţi largi de reglare a turaţiei

φ

Fig. 47

- cu excitaţie mixtă (fig.48)

esr

epr

I I

I I I

=

+=

Motorul dispune de două fluxuri de excitaţie: serie - sφ , şi paralel - pφ , cu posibilităţi dereglare independentă.

Fig. 48

Cele două fluxuri pot să se adune sau să se scadă, astfel că faţă de caracteristica (1)corespunzătoare motorului cu excitaţie derivaţie, pot să apară următoarele cazuri:- dacă fluxurile celor două înfăşurări se însumează algebric, rezultă caracteristica (2) neliniarăşi cu o dependenţă pronunţată a turaţiei cu momentul (caracteristică elastică);

53



- dacă fluxurile se scad, se obţine o caracteristică rigidă (3), sau chiar o caracteristică de tipul(4) care este însă instabilă.

În acţionarea instalaţiilor industriale, cele mai răspândite sunt motoarele de curentcontinuu cu excitaţie derivaţie.

2. Motoare de curent continuu cu excitaţie derivaţie

Sunt cele mai raspândite la actionarea masinilor de lucru, deoarece asigura o caracteristica de

actionare rigida şi ofera posibilitaţi largi de reglare a turatiei.

2.1 Caracteristici mecanice:

În regim de motor, tensiunea electromotoare este opusă sensului curentului rotoric,

astfel că aplicând legea adoua a lui Kirchhoff la circuitul rotoric (fig.49), rezultă:

r r I RU E ⋅−=

Fig. 49

Dar, n** K E e Φ= , iar r m I ** K M Φ= , de unde Φ=

* K

M I

m

r , astfel incat:

M ** K * K

R

* K

U

* K

I * RU

* K

E n

me

r

ee

r r

e2Φ

−Φ

=Φ

−=

Φ=⇒ ,

in care:U - tensiunea de alimentareRr -rezistenta circuitului rotoric

-fluxul de excitatieM - momentul motor Ke,Km-constante,

deci ecuaţia unei drepte cu pantă inversă şi ordonata la origine (pt. M=0):

Φ=0

* K

U n

e

, (numită turaţie de mers în gol).

Aşadar, putem scrie: M *bnn −= 0 , care reprezentată caracteristica naturală a motoruluireprezentată grafic in figura 50 , curba 1.

54



φ

Fig.50

Deoarece rezistenta rotorului <r

R şi , <b , rezultă o caracteristică naturală rigidă. Ea

se prelungeşte în cadranul II cu caracteristica generatorului recuperativ, care se obţine pentru0> nn

Pentru (- 0n ) se obţine similar caracteristica naturală 6, corespunzătoare rotaţiei

motorului in sens invers.Caracteristicile artificiale 2 - se obţin prin introducerea de rezistenţe adiţionale Ra încircuitul rotoric. Cu cât ↑a R cu atât şi panta ↑b ,deci se obţine un fascicol de drepte ce trec

prin ( 00 ,n ), având panta crescătoare (caracteristici artificiale rotorice).Caracteristicile artificiale 3 –se obţin prin reducerea fluxului de excitatie Φ (deci a

curentului de excitatie e I ) , prin aceasta modificându-se atât ordonata la origine cât şicoeficientul unghiular b ( ↑↑↑Φ 0n ,b , ), (caracteristici artificiale de flux).

Caracteristicile artificiale 4 -se obţin prin modificarea tensiunii de alimentare U arotorului la motorul cu excitaţie separată, (caracteristici artificiale de tensiune).

Dacă 0=⇒0= 0n ,U r şi se obţine caracteristica 5 care trece prin origine şi are panta

dependentă de rezistenţa circuitului rotoric (caracteristica masinii ca generator) .

55



2.2 Pornirea motorului de curent continuu

La punerea motorului sub tensiune deoarece n** K E e Φ= şi 0=n ,rezulta 0= E deci relaţia tensiunilor devine:

r

Rpr Rpr r

R

U I R I R I E U =⇒=+= maxmax **

Deoarece r R este mică, la pornire apar curenţi de pornire Rp I mult mai mari decât

curentul nominal:r

Rn R

E U I

−= .

Variaţia curenţilor de pornire este reprezentată in figura 51Daca rotorul este blocat, se obtine curentul de pornire maxim maximorum RMM I .La o pornire normala curentul rotoric atinge valoarea maximă max Rp

I , iar apoi, pemasură ce turaţia n creşte , curentul scade la valoarea nominală Rn I

De obicei: ( )[ ]Rn RpI I *2014...8max = , ceea ce constituie o suprasolicitare electrică (şi

mecanică) atât a motorului cât şi a instalaţiei electrice. De aceea pornirea directă este permisănumai la motoare de putere redusă ( KW P 1< ) şi la porniri rare. La puteri mari se impunelimitarea Rn Rp I I 6max ≤ , deci este necesară pornirea indirectă.

Curentul de pornire trebuie limitat la intervalul maxmin Rp RP Rp I I I << .Curentul rotoric Rp

I se stabilizează la valoarea nominala Rn I după scurgereatimpului de accelerare (pornire) at .

Fig. 51

Schema de pornire directă cu reversarea sensului (fig.52):

56



Fig. 52În figura s-au notat :

−1e siguranţe fuzibile principale (de forţă)−2e releu termic−3e siguranţe pentru circuitul de comandă−d releu de curent nominal, necesar ca în cazul întreruperii accidentale a circuitului de

excitaţie motorul să nu se ambaleze datorită fluxului remanent ( ∞→0→Φ n , )− D diodă de protecţie a IE împotriva tensiunii electromotoare de autoinducţie care apare la

întreruperea alimentarii circuituluide excitatie1b -buton de oprire

2b -buton de pornire sens dreapta3b -buton de pornire sens stanga1C -contactor de funcţionare rotire dreapta2C -contactor de functionare rotire stanga.

Rotirea in cele doua sensuri se realizeaza prin perechile de contacte 11C si 12C careasigura inversarea polaritatii tensiunii de alimentare a rotorului.

Ponirea indirectă cu rezistenţă în circuit rotoric (fig. 53):

Se realizeaza prin introducerea în serie cu rotorul a unui reostat de pornire Rp ( fig.53, a ) sau a unui grup de 2-5 rezistoare fixe ( fig. 53,b ), dimensionate astfel ca:

adm p p R R I I max_ _ max _

< , (fig 51)

Ponirea se face cu toate rezistoarele înseriate cu rotorul, iar pe măsură ce turatia n seaccelerează şi curentul scade, se scurtcircuitează câte o rezistenţă până la eliminarea totală a

lor.

Se recomandă ca:( )

n R Rp I I *3,1...1,1min _

=

( )n R Rp I I *5,2...5,1

max _ =

57

adm p p p R R Rp R Rn I I I I I max_ _ max _ min _

<≤≤<⇒



Corespunzător curenţilor vom avea:maxmin

M M M << , deoarece r I ** K M Φ=

Fig. 53

321++== ∑

3

1= p p p

i

p p R R R R Ri

r

pr

o I ** K

R Rnn i

Φ+

−= ∑

Diagramele de funcţionare sunt prezentate in figura 54.Pornirea se face în 3 trepte pe caracteristicile artificiale: AB – CD – EF – GN

Pornirea se face pe caracteristica 1 din punctul A până in punctul B, cand se atingeturatia 1

n pentru care putem scrie :

max _ 0min _ 01 **

**

21321

p R

p pr

p R

p p pr I

K

R R Rn I

K

R R R Rnn

Φ

++−=

Φ

+++−=

Prin scurtcircuitarea lui 3 p R se trece din C B → pe caracteristica 2

Fig. 54

Motorul funcţionează pe caracteristica 2 până la atingerea turaţiei 2n pentru careavem:

max _ 0min _ 02 **

**

121

p R pr

p R p pr I

K

R Rn I

K

R R Rnn

Φ

+−=

Φ

++−=

58



Prin scurtcircuitarea lui2 p

R se trece din E D → pe caracteristica 3

Motorul funcţionează pe caracteristica 3 pana la atingerea turatiei 3n pentru

care putem scrie:

max _ 0min _ 03 **

**

1

p Rr

p R

pr I

K

Rn I

K

R Rnn

Φ−=

Φ

+−=

Prin scurtcircuitarea lui 1 p R se trece din G F → şi continuă funcţionarea pecaracteristica naturală 4 până in punctul nominal de functionare N .Obs ervaţii:

-metoda este neeconomică din punct de vedere energetic, deşi foarte utilizată ;-pentru număr mic de trepte de pornire avem şocuri mari de curent, dar reostatul este mai

simplu. Pentru număr mare de trepte rezulta şocuri mici, dar reostat scump;-reostatul sau rezistorele se dimensionează ca putere pentru o funcţionare de scurtă durată.

Pentru respectarea parametrilor de pornire se recomandă ca aceasta să se realizezeautomat,rezistoarele p

R , fiind scurtcircuitate prin contactele unor contactori comandaţi înurmătoarele moduri:

-în funcţie de turaţia n, prin detectarea tensiunii electromotoare cu ajutorul unor relee detensiune, bazat pe relaţia: n** K E Φ= ;

-în funcţie de curentul rotoric ( R I ) – folosind relee de curent;-în funcţie de timp – folosind relee de timporizare.Primele două metode prezintă avantajul că parametrii de pornire sunt realizaţi la orice

regim de lucru (sarcină).

Pornirea prin reglarea tensiunii de alimentare U (fig.55)

Este folosită mai ales atunci când este necesară şi reglarea n şi constă în variaţiacontinuă sau în trepte a tensiunii la perii nU U <<0 fluxul de excitaţie rămânând constant:

nΦ=Φ

Reglarea continuă a tensiunii U se poate realiza:- cu convertizor rotativ – se aplică numai când este necesară şi reglarea turatiei n în limite foartelargi- cu convertizor static, care poate fi:

- cu amplificator magnetic- cu redresor comandat- cu variatoare electronice de tensiune continuă

Reglarea în trepte a tensiunii U se realizează:- cu transformator cu prize în secundar - cu instalaţii de redresare.- Asa cum s-a mai aratat, pentru motoarele de curent continuu, sunt valabile urmatoarele relatii:

M ** K

R

* K

U n r

2Φ−

Φ= sau

r

r I ** K

R

* K

U n

Φ−

Φ=

In care

Φ=

* K

U no reprezinta ordonata la origine care este functie de tensiunea U de alimentare,

astfel ca la modul general putem scrie:Φ

=

* K

U n i

io

59



Deoarece la pornire se impune: max _ pmin _ p r r r I I I << , si corespunzator

max _ pmin _ p M M M << , cu ( ) n

r

r I * ,... , R

U I

max _ p5251≤= 1 , rezultă r r R* I U

max _ p=1

Reglarea se face pe caracteristici artificiale, dupa cum urmeaza (fig. 55) :

Fig. 55AB – funcţionează pe caracteristica 1 până în B, pentru care putem scrie:

min _ pr

r I ** K

R

* K

U n

Φ−

Φ= 1

1 ,

iar apoi se comuta pe caracteristica 2 (se sare în C) pentru care avem:

max _ pr

r I ** K

R

* K

U n

Φ−

Φ= 2

1

CD – funcţionează pe caracteristica 2 până în D, pentru care putem scrie:

min _ pr r I ** K

R

* K

U n Φ−Φ=

22 ,

iar apoi se comută pe caracteristica 3 (se sare în E) pentru care avem:

max _ pr

r I ** K

R

* K

U n

Φ−

Φ= 3

2

EF – funcţionează pe caracteristica 3 până în F, pentru care putem scrie:

min _ pr

r I ** K

R

* K

U n

Φ−

Φ= 3

3 ,

când se comută pe caracteristica 4 (se sare în G) pentru care avem:

max _ pr

r I *

* K

R

* K

U n

Φ−

Φ= 4

3 ,

funcţionarea motorului continuând pe caracteristica naturală.

2.3.Frânarea motorului de curent continuu

În regim de frânare motorul primeşte putere mecanică de la arbore şi putere electrică

de la reţea şi le transformă ireversibil în căldură, dezvoltând totodată un cuplu de franare.Frânarea electrică se foloseşte în următoarele scopuri:

60



- menţinerea constantă a vitezei atunci când apar cupluri datorate unor forţe potenţiale (de inerţie,gravitaţie) sau variaza momentul rezistent r M .- reducerea vitezei unghiulare impusă de procesul tehnologic sau în scopul opririi.- menţinerea în repaus a organului de lucru atunci când apar cupluri destabilizatoare.

Avantajele frânării electrice:

- lipsa uzurii mecanice- gabarit redus (lipsesc frânele mecanice)- dezvoltarea unor cupluri de franare cu valori controlabile- posibilitatea recuperării parţiale a energiei (transformarea energiei cinetice în energie electrică)

Metode de frânare electrice:- dinamică (în regim de generator fără recuperarea energiei)- recuperativă (în regim de generator cu recuperarea energiei)- prin inversarea sensului de rotaţie (propriu-zisă)

Frânarea dinamică a motorului c.c.

Constă în decuplarea alimentării rotorului şi cuplarea lui pe o rezistenţă de frânare f

R . Excitaţia fiind cuplată, motorul trece în regim de generator nerecuperativ, energiaelectrică produsă fiind consumată (transformată în căldură) pe rezistenţa de frânare. Deoarece

0=U , rezultă:

2**

*

φ me

f r

K K

M R Rn

+−= , de unde:

b

nM f −= ,

deci, o dreaptă ce trece prin origine cu coeficientul unghiular negativ. (caracteristicile 2, 3, 4,-fig. 56). Se observă că, cu cât f

R este mai mică, cu atât momentul de frânare este mai mare,

fiind maxim pentru 0=

f R (rotor în scurt circuit, caracteristica naturala ca generator 5).Punerea în scurt nu se utilizează datorită şocului termic şi mecanic la care este supus motorul.

Fig. 56Frânarea dinamică este bruscă, dar f M scade odată cu scăderea n , de aceea, pentru

o oprire mai rapidă se poate face frânarea în trepte (caracteristicile 2,3,4,5), în cadrul unor comutari automate.

Exemplu-schemă de pornire – frânare cu o singură treaptă intermediară (fig. 57):

61



Fig. 57

1d - releu de curent nominal

2d - releu de tensiune pentru pornire

3d - releu de tensiune pentru frânare

p R , )

f R - rezistenţă de pornire (frânare)

1C , ( )2C - contactor de pornire (frânare)Diagramele de funcţionare sunt reprezentate in figura 58:Pornirea se realizeaza prin apasarea butonului 1

b , prin aceasta fiind alimentata bobina C1. Ca urmare se deschide contactul 31C , iar apoi prin inchiderea contactului 11C serealizeaza pornirea motorului cu rezistenta p

R inseriata cu rotorul. Prin crestetea turatiei areloc variatia tensiunii la bornele rotorului care este detectata de releul de tensiune 2d , care lavaloarea programata a tensiunii isi inchide contactul 2d ,şuntând rezistenta de pornire p

R (se sare din punctul B in punctul C). In continuare motorul functioneaza pe caracteristicanaturala 2.

La oprire, prin apasarea butonului 2b se intrerupe alimentarea bobinei C1, astfel

incat, prin deschiderea contactului 11C se intrerupe alimentarea rotorului (salt din punctul Din E), iar prin inchiderea contactului 31C se cupleaza releul de tensiune 3

d care isi inchidecontactul 3

d . Prin alimentarea bobinei contactorului C2, acesta isi inchide contactul C2,legand rezistenta de franare f

R in paralel pe circuitul rotoric. Energia electrica produsa demasina electrica, care trece in regim de generator (caracteristica 3), este transformata incaldura pe rezistenta f r R R + pana la anularea turatiei.

62



Fig 58

Frânarea se realizează din E până în F, cand releul 3d , prin deschiderea contactului

sau intrerupe alimentarea bobinei C2, care decupleaza rezistnta f R , in continuare oprirea

fiind inerţială.min f M depinde de tensiunea de declanşare a releului 3

d .Intensitatea frânării poate fi reglată prin alegerea corespunzatoare a valorii f

R sau prin utilizarea unui reostat de franare.

Frânarea recuperativă

Are loc în cazul în care motorul conectat la reţea este obligat de mecanismul antrenatsă se rotească cu o turaţie mai mare ca cea de funcţionare: 0

nn > .Deoarece 0** nk U φ = şi nk E **φ = ⇒ U E > , deci din relaţia:

r

r R

E U I

−= ⇒ 0<r I ⇒ 0** <=

r f I k M φ ,

deci motorul trece în regim de generator consumând energie mecanică si dezvoltând un cuplude frânare. Energia electrică produsă este furnizată reţelei.

La nivelul caracteristicilor de functionare lucrurile se petrec astfel (figura 59): punctulde funcţionare se muta din A în B, pentru care se dezvoltă momentul de frânare f M .

Acelaşi efect de frânare recuperativă se obţine şi dacă se reduce tensiunea dealimentare (se trece pe caracteristica 2).

Pentru 12 U U < rezulta 01 nn < , deci se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica2 (din A → C) pentru care la turaţia n apare un 0< f M , ce tinde spre zero pe măsură ce

1nn → .

63



Fig. 59

Frânarea prin contraconectare

Constă în schimbarea sensului de circulaţie a curentului prin indus, realizata prinschimbarea polarităţii tensiunii la bornele indusului cu păstrarea sensului de rotaţie;

Prin inversarea polarităţii: U U −→ , r r I I −→ , f M M −→

Iniţial: M k

RnM

k

R

k

U n r r *

**

** 202 φ φ φ −=−=

La frânare: M k

RnM

k

R

k

U n r r *

**

** 202 φ φ φ +−=+−=

Grafic, lucrurile se prezintă astfel (fig. 60) : A - punct de funcţionare

(caracteristica 1)La inversarea polarităţii: 00 nn −→ , şi

B A → , pentru care: f M M → şi apare

frânarea din C B → unde este necesarăîntreruperea alimentării.Frânarea nu este totală, iar oprirea în Ceste dificilă. Se lucrează pe caracterisica

artificială 3 şi nu pe cea naturală 2 pentrucare apar solicitări electrice şi mecaniceinadmisibile.

a) b)

Fig. 60

O alta metoda de franare este aceea cu reostat de franare înseriat cu rotorul (fig. 61) .Mărind rezistenta f

R se schimbă caracteristica de funcţionare şi totodată şi momentulmotor M (se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2), turatia scade din punctul B pana in

punctul C pentru care avem turatie nula (s-a realizat oprirea) si Ar M M = ,

64



(a) (b)

Fig. 61

2.4 Reglarea turaţiei motorului de curent continuu

Motoarele de curent continuu sunt mai avantajoase în raport cu motarele de curentalternativ în ceea ce priveşte reglarea vitezei, având un domeniu de reglare mai mare şi fiind

mai economice.In montajul din figura 62 reglarea turatiei se realizeaza prin utilizarea a doua reostate ( s R pentru reglarea curentului rotoric si e R pentru reglarea fluxului de excitatie).

Fig. 62Reglarea se realizeaza pe baza formulelor:

( ) sr r R R I E U ++= , dar

r r r R I E U *+= ⇒ sr r R I U U *+=

cu nk E **φ = ⇒

65



( ) ( )

φ φ φ φ k

R I U

k

R R I R I U

k

R R I U

k

E n r r r sr r sr r sr r ** −

=+−+

=+−

== , si căile de

reglare a turaţiei n :- prin variaţia tensiunii la bornele rotorului r U , la ct n = şi ct =φ

- prin variaţia fluxului de excitaţie , la ct U = şi ct U r =-

prin variaţia tensiunii sursei de alimentareU

, lact =φ

Reglarea turaţiei motorului de curent continuu prin variaţia r U

Se realizeaza conform montajului de figura 63:

Fig. 63

ct U U a == .lim , ct =φ , s R - reostat serie, p R - reostat derivaţie

Reglarea se bazeaza pe relatiile:

+=

−=

+=

pr s

r r r

s sr

I I I

I R E U

I RU U

*

*

, p R

U I

nk E

d

r

p =

= **φ

De cele mai multe ori ∞= p

R ⇒ 0= p I .

⇒ r

sr I k

R R

k

U n *

φ φ

+−= ,dar r I k M **φ =

⇒( )

M mnM k R R

k U n sr ** 02 −=+−=

φ φ ,

m - coeficientul unghiular al caracteristicii

1.( ) 21φ k

Rm r = , -pe caracteristica naturală

2.( ) 22φ k

R Rm sr +

−= -pe caracteristica artificială

Obs ervatie .: teoretic 00 nn << dar practic 003,0 nnn <<

Dezavantaje :- s R - este voluminos şi scump (funcţionare de durată)

66



- la r M mici, posibilitatile de reglare scad.- randament redus ,deci se foloseşte la motoare de puteri mici.

Reglarea turaţiei motorului de curent continuu prin variaţia (fig. 64)Reglarea se poate face în două moduri:

- cu reostat în circuitul IE, metodă aplicată la motoarele de puteri mici-mijlocii, cu excitaţie în

derivaţie;- prin utilizarea unei surse de tensiune reglabilă pentru alimentarea independentă a IE.

Fig. 64

ct U U r == ,21 ee I I < ⇒ 21 φ φ <

Cum:( )

M mnM k

R

k

U n r ** 02

−=−=φ φ

⇒ 21 00 nn > şi 21 mm >

Observatie:- cu scăderea se obţin caracteristici artificiale tot mai elastice;- deoarece caracteristica naturală 2 se obţine pentru maxφ ⇒ turaţia poate fi reglată numai însens crescător;- pentru nφ φ << , fluxul de reacţie a indusului poate influenţa mult de excitaţie şicaracteristica poate să devină urcătoare (funcţionare instabilă). Reglarea se limiteaza la

domeniul :3

1

2

1

0

0 =n

n.

- deoarece cu ↓, r I ↑, acesta trebuie limitat din considerente termice ⇒ trebuie să ne

încadrăm în hiperbola de putere ct.: ct M n N == * , deci cu n ↑, ↓M ;- randament bun care scade puţin cu creşterea n datorită pierderilor pe e R şi r R .

Reglarea turaţiei motorului de curent continuu prin variaţia tensiunii de alimentare (fig.65)

Metoda presupune o sursă proprie de alimentare a motorului, reglabilă, şi se foloseştecând este necesar un domeniu larg de reglare. Sursa poate fi:

- un generator rotativ de c.c.;- o instalaţie de redresare cu tensiune reglabilă.

67



Cum( )M

k

R

k

U n r *

2φ φ

−= ⇒ ( )U f n =0 , ct m =

Se obţine un domeniu larg de reglare a turaţiei la ct m = .

Fig. 65

Pentru reglarea turatiei la puteri mari se utilizează grupul generator - motor (Ward -Leonard) a cărui schemă este următoarea:

Fig. 66caM - motor de curent alternativ trifazat ce antrenează cele două generatoare de

c.c.: E - excitatrice pentru alimentarea G IE şiccM IE ; G - generator pentru alimentarea

ccM .

caM , G şi ccM au puteri aproximativ egale, iar E este de putere mult mai mică (ce poate fi înlocuită cu un redresor la instalaţiile staţionare).

Prin reglarea E e R se reglează EE φ şi deci tensiunea E U de excitaţie a G şi ccM .

68



Prin reglareaGe

R se reglează EGφ , deci tensiunea U de alimentare a motorului

ccM . Inversarea polarităţii U , deci a sensului de rotaţie a ccM se face prin perechile de

contacte 1C şi 2C prin care se inversează EGφ (prin

Ge R se reglează deci turaţia ccM ).

Prin reglareaM e R se reglează

M eφ , deci turaţia motorului ccM . Uneori inversarea

sensului ccM se face prin inversareaM eφ (prin inversarea polarităţii eU la IEM ).

Pornirea:- se reglează:

Ge R pe R maximă

M e R pe R minimă ⇒ U min şiM eφ max

- se selectează sensul de rotaţie prin contactele 1C sau 2C ;

- se porneşte caM şi se reglează EE R până la obţinerea eU dorită;- se măreşte turaţia n prin micşorarea eG R (a tensiunii de alimentare a ccM );

- se continuă creşterea turaţiei prin mărireaM e R (regl.

M eφ ).

Obs.: dacă EGφ scade ⇒ U scade şi ccM devine generator iar G motor ⇒ frânareasistemului

Oprirea(frânarea):- se reduce turaţia din

M e R (prin micşorarea rezistenţei lui);

- se reduce turaţia dinGe

R (prin mărirea rezistenţei lui);

- când 0=n se comandă schimbarea 1C cu 2C ;

- se micşoreazăGe

R şi apoi se măreşteM e R , prin aceasta turaţia crescând în sens invers;

Avantaje:- reglarea continuă a turaţiei în limite largi;

- posibilitatea frânărilor lente sau bruşte (eventual cu recuperarea energiei);- regimuri tranzitorii scurte;- utilizarea unor reostate de mică putere ⇒ cost redus şi randament η ridicat;

Dezavantaje:- necesită cel puţin 3 maşini electrice;- puterea este de circa 3 ori mai mare ca cea necesară la ML ;- randament global redus.

Utilizări:- maşini unelte mari;- laminoare;-

macarale mari;- ascensoare rapide;- transport feroviar şi maritim.

IV.Motoare electrice pas cu pas

69



Motoarele electrice pas cu pas fac parte din grupa motoarelor sincrone , care au dreptcaracteristică principală faptul că au turaţia strict dependentă de frecvenţa de alimentare.Motoarele electrice sincrone pot fi împărţite în două mari categorii:-motoare sincrone de curent alternativ-motoare pas cu pas

Motoarele sincrone de curent alternativ sunt alimentate cu tensiune alternativă

sinusoidală şi au turaţia dependentă de frecvenţa acestuia şi de caracteristicile constructive alemotorului. Stabilitatea turaţiei este determinată direct de stabilitatea frecvenţei şiindependentă de momentul rezistent (în limitele normale de funcţionare), asigurând deci ocaracteristică mecanică rigidă ideală (sau de tip sincron!). Ele prezintă însă dificultăţi de

pornire până la intrarea în sincronism, necesitând în acest scop înfăşurări auxiliare de pornire,şi au cuplul de pornire redus, motiv pentru care sunt pornite cu precădere la acţionările demică putere.

4.1.Prezentarea generală a motoarelor pas cu pas (m.e.p.p)Motoarele pas cu pas sunt motoare sincrone modificate prevăzute cu un număr de

înfăşurări de comandă alimentate cu un sistem “m” fazat de impulsuri de tensiune

dreptunghiulară, care aplicate fazelor motorului determină o repartiţie discretă a câmpuluimagnetic în întrefierul maşinii şi, ca urmare, mişcarea rotorului constă în deplasări unghiulareelementare successive de mărime determinată constructiv şi dependent de modul de comandă.

Spre deosebire de motoarele sincrone de curent alternativ, motoarele pas cu pas intrăîn sincronism fără alunecare, iar oprirea se realizează fără ieşire din sincronism, permiţând

porniri bruşte, opriri şi reversări fără pierderi de paşi.Înfăşurările de comandă ale m.e.p.p pot fi alimentate separat sau în grupuri de diferite

combinaţii rezultând divizarea electrică a pasului normal.M.e.p.p. se clasifică în funcţie de construcţia circuitului magnetic şi de numărul

înfăşurărilor de comandă. Se deosebesc două tipuri de bază:- m.e.p.p de tip reactiv, cu rotorul format numai din jug confecţionat din tole- m.e.p.p. de tip activ, cu rotorul format din jug plus magneţi permanenţi sau electromagneţi

M.e.p.p. de tip reactiv au rotorul executat sub forma unui cilindru feromagnetic dinţatcu un număr mare de dinţi (poli), astfel că aceste motoare realizează paşi unghiulari foartemici (până la 1o) ceea ce asigură o precizie absolută de pas ridicată. În schimb, chiar la ofrecvenţă de comandă ele realizează o turaţie scăzută, putând fi utilizate fără reductoare.

M.e.p.p de tip activ au în componenţa rotorului magneţi permanenţi sauelectromagneţi alimentaţi prin inele colectoare, motiv pentru care ele pot fi utilizate numai

pentru paşi mai mari, realizând deci turaţii mai mari.Cele două tipuri de bază de mai sus pot fi clasificate la rândul lor în funcţie de modul

de realizare al fazelor, în:

- motoare polifazate – prevăzute cu un singur stator, având mai mulţi poli, pe caresunt amplasate cele ”m” înfăşurări de comandă- motoare polistatorice – având “m” statoare cu un număr de poli ”z”, pe fiecare

stator având o singură înfăşurare de comandă.Pentru toate tipurile de m.e.p.p. principiul de funcţionare este acelaşi, motiv pentru

care în continuare vor fi prezentate motoarele polistatorice cele mai răspândite.

4.2.Principiul de funcţionare al m.e.p.p.Pentru explicarea funcţionării m.e.p.p. se consideră motorul cu trei statoare (m=3)

reprezentat în figura 4.1.

70



Fiecare stator are un număr de poli (dinţi) z şi câte o înfăşurare de comandă carealimentată în curent continuu asigură la stator o succesiune de poli magnetici N-S-N.... Celetrei statoare sunt dispuse coaxial cu polii pe aceeaşi generatoare.

Pasul unghiular polar pθ se calculeză cu relaţia :

z

oo

p

360=θ

Cele trei rotoare, executate din pachete de tole, au pe circumferinţă acelaşi număr de

poli z, dar decalaţi unghiular de la un rotor la altul cu unghiul:m z z

po

*

360==

θ θ

Prin alimentarea unei înfăşurări statorice la o tensiune continuă, polii rotoruluirespectiv se vor aşeza în dreptul polilor statorului (reductanţă minimă).

În figura 4.1 este alimentată faza 1. Prin întreruperea alimentării înfăşurării 1 şialimentarea înfăşurării statorice 2, rotorul se va roti cu unghiul ; alimentând înfăşurarea atreia rotorul se va roti din nou cu unghiul θ , ş.a.m.d. Inversând ordinea de alimentare astatoarelor, rotorul se va roti în sens invers cu acelaşi unghi pentru fiecare impuls decomandă.

Aşadar , pasul unghiular motor este :m z

o

*

360=θ

Pentru z=50 şi m=3, rezultă: ooo

o 4.2150

360

3*50

360===θ ,

iar pentru m=4 se obţine: ooo

o 8.1200

360

4*50

360===θ

71



Prin urmare, alimentând înfăşurările statorice după schema de comandă: 1-2-3-1-2-3-1, ş.a.m.d., rotorul se va roti spre dreapta cu pasul θ , iar pentru schema de comandă: 1-3-2-1-3-2, ş.a.m.d., rotorul se va roti spre stânga cu acelaşi pas.

Unghiul θ reprezintă pasul normal (natural) al m.e.p.p.Utilizând alte scheme de comandă a fazelor motorului putem realiza divizarea

”electrică” a pasului acestuia, fiind deci posibilă realizarea unor paşi unghiulari mai mici. De

exemplu, pentru comanda după schema: 1-1+2-2-2+3-3, ş.a.m.d. se realizează injumătăţirea pasuluiθ .

4.3.Echipamente de comandă a m.e.p.p.Din cele prezentate anterior , rezultă că comanda m.e.p.p. se realizează prin impulsuri

dreptunghiulare care determină alimentarea statoarelor conform unei anumite scheme decomandă. În acest scop m.e.p.p. sunt însoţite de echipamente de comandă şi acţionarespecifice având schema bloc reprezentată în figura 4.2 (pentru motorul cu m=3), în care:

Fig. 4.2

D.I. – distribuitor de impulsuri, pentru realizarea schemei de comandă, având două intrări:1- de frecvenţă2- comandă sens

A1;A2;A3 – amplificatoare de putere pe faze, pentru alimentarea înfăşurărilor motorului, cusau fără forţarea păşiriiF1;F2;F3 – înfăşurările statorice (fazele) m.e.p.p., parte integrantă din motor

În figură, D.I. împreună cu A1,A2,A3 alcătuiesc echipamentul de comandă şiacţionare (ECAPP) specific motorului.

4.4.Caracteristicile m.e.p.pPrincipalele caracteristici ale m.e.p.p. care servesc la alegerea acestora sunt:-pasul unghiular θ , a cărui mărime de depinde numărul perechilor de poli z şi de

numărul de faze m; precizia pasului este determinată de precizia geometrică de execuţie şi desimetria circuitului magnetic, erorile de pas compensându-se însă după o rotaţie completă.

-cuplul static sincronizant, care reprezintă variaţia cuplului dezvoltat de motor înfuncţie de unghiul de decalaj al axei magnetice a rotorului faţă de axa fluxului rezultantstatornic şi care variază sinusoidal.

-cuplul critic cvasistaţionar care reprezintă valoarea maximă a cuplului rezistent la ofrecvenţă dată, fără a cauza ieşirea din sincronism (pierderea pasului).Variaţia cuplului critic cvasistaţionar cu frecvenţa reprezintă caracteristica de sarcina limităreprezentată în figura 4.3.

72



Fig. 4.3

În mod similar se definesc cuplul critic de pornire, de oprire şi de reversare a traseuluide rotaţie, pentru care se traversează curbele caracteristice corespunzătoare. Acoperitoare laalegerea motorului este caracteristica de reversare.

-frecvenţele limită pentru diferite regimuri de funcţionare, fără pierdere de paşi ( deordinul x1KHz÷x10KHz)

Se constată că momentul de pornire Mp este mai mic decât cel maxim Mmax. Deaceea, având în vedere că la pornire momentul rezistent dinamic este maxim, se recomandăalimentarea motorului folosind rampa de frecvenţă, conform figurii 4.4., prin aceastaevitându-se depăşirea cuplului maxim sincronizant şi deci pierderea de paşi.

Fig. 4.4

4.4. Sistem de acţionare după o axă folosind un m.e.p.p.Pentru a realiza deplasarea sau poziţionarea pe o axă, utilizând un m.e.p.p., se poate

folosi următoarea structură de comandă (fig 4.5),

73



Fig. 4.5

în care:G.I. – generator de impulsuri dreptunghiulare de frecvenţă reglabilăD.C. – dispozitiv de comandă care trimite către motor un număr de impulsuri n i la frecvenţareglată şi generează semnalul de comandă a sensului de deplasareECAPP – echipament specific de comandă şi acţionare al m.e.p.p.MEPP – motor electric pas cu pasS – şurub pentru transformarea mişcării de rotaţie în translaţieM – masă mobilăG – ghidaj

Pentru un număr de impulsuri şi unghiul de rotaţie φ al motorului pas cu pas secalculează cu relaţia:

m z

nn ii*

360**

00 == θ ϕ [ 0 ]

iar viteza unghiulara cu relaţia:

m z

f f *

2**

π θ ω == [rad/sec]

Pentru deplasarea de translaţie a mesei M, pasul mişcării s, lungimea cursei l si vitezav se calculează cu relaţiile:

s p s *360

0

θ = [mm]

i si n p snl **360

*0

θ == [mm]

f p s f v s **360

*0

θ == [mm/s]

În figurile 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, sunt reprezentate câteva realizări concrete dem.e.p.p. şi caracteristicile lor (tab1).

74



75



76



77



4.5 Amplificatoare electrohidraulice pas cu pasSunt agregate electrohidraulice care îmbină avantajele m.e.p.p. (frecvenţe mari de

comandă) cu cele ale motoarelor hidraulice (cupluri mari de acţionare). Ele sunt alcătuitedintr-un m.e.p.p. de mică putere care acţionează un distribuitor hidraulic de urmărire princare se reglează debitul de alimentare al unui motor hidraulic rotativ (sau liniar) utilizat caamplificator de cuplu (forţă).

Un exemplu de AEHPP este redat în figura 4.12 şi 4.13

78



Date post:	08-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	ionut-tiperciuc
View:	239 times
Download:	0 times

ACTIONARI ELECTRICE.Final

Documents