PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema E9: Masini si actionari electrice II

2011

2

Masini si actionari electrice

II

Material pentru perfectionare profesionala Compilare si redactare: Ing. Paul Popescu Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

3

CUPRINS

5. Maşini electrice rotative de curent alternativ………………………….4 5.1 Elemente generale………………………………………………………..4 5.2. Maşina asincronă (de inducţie) trifazată………………………………...5 5.3 Maşina sincronă trifazată………………………………………………..26 6. Maşina de curent continuu……………………………………………..30 6.1 Construcţia, regimurile şi principiul de funcţionare…………………….30 6.2 Motorul de curent continuu……………………………………………..34

7. Condiţii normalizate în construcţia şi funcţionarea maşinilor electrice………………………………………………………………………..39

7.1 Serviciul de funcţionare………………………………………………..39 7.2 Clase de izolaţie………………………………………………………...41 7.3 Grade de protecţie………………………………………………………42 7.4 Condiţii de mediu………………………………………………...…….42

4

5. Maşini electrice rotative de curent alternativ

5.1 Elemente generale Maşinile de curent alternativ au elemente constructive şi funcţionale comune;

este vorba de armăturile feromagnetice cilindrice, cu crestături simetric distribuite şi susţinând înfăşurări simetrice, ale căror solenaţii produc câmpuri magnetice alternative şi învârtitoare.

5.1.1 Clasificare. Elemente generale de construcţie Tipurile constructive şi funcţionale de bază de maşini de curent alternativ

sunt maşinile asincrone şi sincrone. Elementul constructiv comun este statorul, realizat din tole de tablă laminată, de 0,5 mm grosime, cu un conţinut de cca. (0,08...0,1)% carbon şi cca. (1,8...2,9)% siliciu, având o faţă acoperită cu material izolant. Pachetul de tole este prevăzut cu crestături identice, dispuse simetric la periferia interioară a statorului şi în care sunt plasate conductoarele înfăşurării.

Infăşurarea statorică, uzual de construcţie trifazată (m = 3), se află repartizată în aceste crestături, este izolată faţă de miez şi consolidată cu pene la deschiderea crestăturii. Infăşurările se construiesc pentru una sau mai multe perechi de poli (p) şi cu excepţia unor cazuri particulare, geometria înfăşurării se repetă identic sub fiecare pereche de poli.

Elementele unei înfăşurări sunt: bobina, realizată din una sau mai multe spire (w), având ca zone active laturile (de ducere, respectiv de întoarcere) plasate în crestături diferite; deschiderea (pasul) bobinei (y), adică distanţa (în crestături) dintre cele două laturi; numărul de crestături pe pol şi fază (q = Z / (2mp)), reprezentând numărul de bobine ale aceleiaşi faze, ce se succed (înseriază) şi sunt plasate în crestături alăturate, sub aceeaşi pereche de poli. Infăşurările celor trei faze sunt identice d.p.d.v. constructiv, dar sunt plasate simetric pe circumferinţa armăturii, astfel că decalajul dintre începuturile a două faze succesive, exprimat în crestături, se numeşte pasul de fază (yf = Z/(mp)).

Fig. 5.1 Schema unei înfăşurări trifazate Există diferite tipuri de înfăşurări: cu unul sau două straturi de conductoare în

crestătură, realizate cu bobine având deschidere de un pas polar (y = τ = Z / (2p)) sau mai mică (pas scurtat y < τ), cu diverse geometrii ale capetelor de bobină

5

(zona frontală, care face legătura dintre latura de ducere şi cea de întoarcere), etc. In figura 5.1 este reprezentată schema desfăşurată a unei înfăşurări trifazate, într-un strat, cu datele specificate alăturat. Capetele înfăşurărilor au bornele marcate: AX, BY, CZ, corespunzând celor trei faze.

La maşina asincronă solenaţia înfăşurării statorice produce câmpul magnetic principal(inductor), astfel că armătura şi înfăşurarea statorică formează inductorul maşinii. In cazul maşinii sincrone statorul este indusul, deoarece la funcţionarea în sarcină solenaţia înfăşurării statorice produce câmpul magnetic de reacţie (răspuns).

5.2. Maşina asincronă (de inducţie) trifazată În acţionările electrice de curent alternativ, maşina asincronă este cea mai

larg utilizată, datorită construcţiei sale simple şi robuste şi datorită comodităţii în exploatare. Deşi poate funcţiona în toate cele trei regimuri caracteristice maşinilor electrice rotative (motor, generator, frână), o întâlnim în majoritatea aplicaţiilor ca motor. De aceea, în cele ce urmează se va trata în detaliu numai acest regim. Câteva dintre instalaţiile de acţionare cu motoare asincrone uzuale sunt: transportul pe cablu, instalaţiile de ridicare(ascensoare, macarale), pompe, compresoare, ventilatoare, unele sisteme de transport pe cale ferată.

5.2.1. Elemente constructive specifice. Principiul de funcţionare Maşina asincronă este alcătuită din cele două armături feromagnetice:

statorul şi rotorul, care susţin, fiecare, câte o înfăşurare polifazată. Construcţia şi funcţionarea maşinii asincrone se vor prezenta în continuare pentru maşina trifazată, aceasta fiind cea mai des utilizată.

Statorul are construcţia tipică maşinilor de curent alternativ şi este protejat la exterior de o carcasă din fontă sau aluminiu prevăzută cu nervuri de răcire, pentru o mai bună transmisie a căldurii spre exterior, având în vedere că cea mai mare parte a pierderilor care apar la funcţionarea în sarcină a maşinii sunt localizate în înfăşurarea şi miezul statorului.

Rotorul maşinii asincrone este realizat, similar cu statorul, tot dintr-un pachet de tole de formă cilindrică, cu crestături dispuse uniform pe periferia exterioară şi care susţin înfăşurarea rotorică. Pachetul de tole este fixat pe un arbore de oţel, care este susţinut la capete în lagăre, asigurându-i-se astfel mişcarea de rotaţie. Tot pe arbore este fixată şi elicea ventilatorului, care îmbunătăţeşte circulaţia aerului de răcire. Înfăşurarea rotorică se prezintă în două variante constructive: înfăşurare trifazată realizată din conductoare de cupru, având o construcţie asemănătoare cu a celei statorice (figura 5.1.) sau, aşa numita înfăşurare în colivie (figura 5.2), care este formată din bare de aluminiu plasate în crestături şi scurtcircuitate la capete cu inele de aluminiu. Fig. 5.2

6

Această înfăşurare se realizează prin turnarea sub presiune a aluminiului topit în crestăturile miezului rotoric. Înfăşurarea în colivie are un număr de faze egal cu numărul de bare (crestături): m2 = Z.

Pentru înfăşurarea în colivie nu există legătură electrică în exteriorul maşinii, colivia funcţionând ca o înfăşurare închisă. În cazul înfăşurării bobinate, capetele celor trei faze sunt conectate la trei inele de alamă fixate pe axul rotoric, iar legătura la exterior, la o cutie de borne, se face prin intermediul unor perii colectoare fixe, care formează un contact alunecător cu inelele aflate în mişcare de rotaţie.

Zona de aer dintre armături, întrefierul, are lărgimea de (0,25....1,5) mm, mărime impusă de buna funcţionare (rotaţie fără atingeri), deoarece din punct de vedere al magnetizării miezului este de dorit un întrefier cât mai redus.

Dintre cele două înfăşurări ale motorului asincron, cea statorică este alimentată de la reţea şi poartă denumirea de înfăşurare inductoare sau inductor, iar rotorul, cu înfaşurarea sa funcţionează în circuit închis (uzual înfăşurarea este scurtcircuitată) şi formează indusul.

În regim de motor, funcţionarea maşinii asincrone poate fi explicată după cum urmează. La alimentarea înfăşurării statorice (trifazată şi simetrică) cu un sistem de tensiuni trifazat, simetric şi echilibrat, spirele înfăşurării vor fi străbătute de curenţi, care formează, de asemenea, un sistem trifazat, simetric şi echilibrat, aşa cum se reprezintă schematic în figura 5.3.

Fig. 5.3 Reprezentare schematică a motorului asincron trifazat

şi formele de undă ale curenţilor statorici

Conform celor prezentate anterior, solenaţiile înfăşurărilor sunt repartizate simetric la periferia armăturii şi variază în timp cu aceeaşi frecvenţă, dar defazat cu 2π/3 grade electrice. Sunt astfel îndeplinite condiţiile de producere a unui câmp magnetic învârtitor, numit câmp magnetic inductor.

Considerând f1 frecvenţa tensiunii de alimentare, ω1 = 2πf1 este pulsaţia curenţilor prin înfăşurări şi a câmpului magnetic învârtitor. Dacă înfăşurările

7

sunt construite cu p perechi de poli, atunci turaţia câmpului învârtitor, numită şi turaţia de sincronism, are expresia:

Înfăşurarea rotorică, fie că este formată dintr-o colivie polifazată, fie că este o înfăşurare trifazată scurtcircuitată, funcţionează cu circuitele fazelor închise. Câmpul învârtitor induce în înfăşurările rotorice(polifazate şi simetrice), un sistem de tensiuni electromotoare, polifazat, simetric şi echilibrat. Dacă rotorul este în repaus (are turaţia n2 = 0), atunci între înfăşurările din stator şi rotor se crează un cuplaj transformatoric, frecvenţa tensiunilor induse fiind f2 = f1. Dacă rotorul se învârte cu o turaţie n ≠ n1, atunci turaţia relativă a câmpului învârtitor faţă de rotor este n2 = n1 - n , iar frecvenţa tensiunilor electromotoare induse în înfăşurarea rotorică este:

unde mărimea

poartă denumirea de alunecare (rămânere în urmă) a armăturii rotorice faţă de câmpul magnetic învârtitor.

Înfăşurările rotorice, formând circuite închise, sunt parcurse de curenţi care formează un sistem polifazat, simetric şi echilibrat; la rândul lor, solenaţiile înfăşurărilor de fază rotorice produc un câmp magnetic învârtitor de reacţie (sau indus), cu turaţia:

faţă de armătura rotorică şi n2 + n = n1 faţă de stator. După cum se vede,

cele două câmpuri magnetice învârtitoare (inductor şi indus) sunt sincrone, ambele având faţă de stator turaţia n1, iar faţă de rotor turaţia n2 = sn1. Aşa după cum s-a aratat, prin interacţiunea dintre două câmpuri învârtitoare sincrone şi cu acelaşi număr de poli ia naştere un cuplu electromagnetic, care acţionează asupra armăturilor. Funcţionarea în regim motor este posibilă pentru: 10 << s

Observaţie: Alunecarea rotorului faţă de câmpul învârtitor inductor este explicată, la funcţionarea în gol, prin existenţa frecărilor care însoţesc mişcarea rotorului(frecările din lagăre şi frecările cu aerul, în procesul de ventilaţie) şi care produc un cuplu de frânare(opus cuplului electromagnetic). Pe de altă parte, dacă turaţia rotorului şi a câmpului învârtitor ar fi egale, deci s = 0, în înfăşurarea rotorică nu s-ar induce tensiuni electromotoare, astfel încât nu ar putea să apară curenţi rotorici, nu ar exista câmpul învârtitor de reacţie şi nu s-ar produce cuplu electromagnetic; în concluzie, motorul nu ar putea funcţiona. Mărimea alunecării dă "măsura" încărcării în sarcină a motorului asincron,

8

deoarece la funcţionarea în sarcină cuplul de frânare (rezistent) al mecanismului acţionat măreşte alunecarea faţă de valoarea de la funcţionarea în gol. În regim motor 02 >n , deci alunecarea 0>s . De obicei %65,1 K=s . Dacă 02 <n , adică rotorul este antrenat cu turaţie suprasincronă sau statorul este deconectat, motorul trece în regim de generator.

Motoarele 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 un motor asincron se compune dintr-un stator şi un rotor.

5.2.2 Pornirea motoarelor asincrone În funcţie de tipul constructiv (cu rotor bobinat sau cu rotor în colivie), se pot

utiliza diverse metode de pornire a motorului asincron. Problemele de pornire a motorului asincron sunt legate, pe de o parte de valoarea mare a curentului la pornirea directă, şi pe de altă parte de asigurarea unui cuplu de pornire suficient de mare pentru învingerea inerţiei, frecărilor şi eventual a cuplului rezistent al sarcinii (la pornirea în sarcină - mecanismul acţionat cuplat la arbore). La alimentarea directă a motorului de la reţea Ip ≈ (8....10)In deoarece la n = 0, respectiv s = 1, rezistenţa rotorică are o valoare mult mai mică decât în regim normal de funcţionare, la s ≈ sn < 0,1 şi deci impedanţa echivalentă a maşinii este foarte redusă. La pornire turaţia fiind nulă, motorul asincron alimentat la tensiunea nominală se comportă ca un transformator la scurtcircuit de avarie.

La pornire, deoarece 0nn << , vom avea un curent de pornire ( )84Knp II = , rezultă un şoc de sarcină, de curent, care provoacă o scădere a tensiunii din reţea cu efecte negative asupra cuplului de pornire şi asupra funcţionării altor consumatori. Se admite pornirea directă (prin conectare directă) atunci când

PinstPn *2,0< , dar, când din aceeaşi reţea este alimentat şi iluminatul secţiei,

se impune PinstPn *5,0< , Pinstfiind puterea transformatorului de alimentare a secţiei. Pornirea directă se poate face numai pentru motoare cu puteri până la

KW5,5 , pentru puteri mai mari fiind necesară pornirea indirectă. Observaţie: Curentul nominal al motorului se poate determina cu relaţia:

9

][2][1000

][2

500cos***3KWPAI

WPP

U

PI nn ≅⇒===

ϕη

5.2.2.1 Pornirea directă prin întreruptor (manual ă)

Fig. 5.4 e- siguranţe fuzibile a- întreruptor

Pornirea - oprirea se realizează manual prin acţionarea întreruptorului tripolar a. 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. Metoda se aplică numai la motoare mici( KWP 2< ) şi la frecvenţe reduse de comandă.

5.2.2.2 Pornirea directă prin contactor(automată) Se utilizează la motoare de puteri mai mari de 2[KW] când pornirea -

oprirea trebuie realizată frecvent sau din mai multe locuri.

Fig.5.5

10

e1- siguranţe fuzibile principale a- întreruptor principal e2- siguranţă fuzibilă pentru protecţia circuitului de comandă e3- releu termic b1- buton de oprire b2- buton de pornire C1- bobina contactorului de comandă C11- contactele principale ale contactorului C12- 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-se alimentarea 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.

5.2.2.3 Pornirea indirectă Este necesară pentru motoarele cu putere KW5> , la care socul de curent la pornire este 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

5.2.2.4 Pornirea ∆−Y Metoda se poate aplica numai la motoarele electrice proiectate să

funcţioneze, cu înfăşurările statorice legate în ∆ (dimensionate pentru acest mod de legare). La pornire înfăşurările se leagă în Y , apoi , după accelerarea mişcării, se comută pe ∆ .

Fig.5.6

11

lU - tensiunea de linie fU - tensiunea pe înfăşurările motorului

fI - curentul prin înfăşurări Pentru conexiunea Y putem scrie:

3lU

f

lf

U

II

=

=

Υ

ΥΥ

Pentru conexiunea ∆ avem:

lf

lf

UU

II

=

=

∆

∆∆ 3

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

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 Se constată că curentul absorbit este de trei ori mai mic la conexiunea Y decât la conexiunea ∆ .

Deoarece la motoarele asincrone IKM ⋅= , rezultă:

3

1*

3

12

2

==∆

Ψ

l

l

U

U

M

M.

Deci, momentul de pornire pM şi momentul critic crM vor fi de trei ori mai mici la pornirea Y faţă de funcţionarea în regim ∆ , deci şi puterea la pornire este de trei ori mai mică. 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 recomandă să 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 ∆ (se trece din B în C) de unde urcă mai departe până în punctul nominal de funcţionare D. Pornirea ∆−Y se poate realiza manual sau automat.

5.2.2.5 Pornirea stea-triunghi cu comandă manuală Se realizează cu ajutorul unui comutator stea-triunghi (Fig. 5.7).

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).

12

Fig. 5.7 Metoda se utilizeeza la puteri mai reduse si la frecvente mici de porniri-opriri.

5.2.2.6 Pornirea stea-triunghi cu comandă automată şi comutare temporizată In figura 5.8 este prezentata o schema de pornire stea-triunghi cu comanda

automata si comutare temporizata.

Fig. 5.8

13

In figura sunt reprezentate urmatoarele elemente: 1e -siguranţe fuzibile principale a-intreruptor principal 2e -siguranţă fuzibilă pentru circuitul de comandă 3e -releu termic ob -buton de oprire pb -buton de pornire C1-contactor pentru alimentarea motorului C2- contactor pentru realizarea conexiunii triunghi C3-contactor pentru realizarea conexiunii stea d-releu de temporizare la eliberare La apăsarea butonului pb se asigură alimentarea bobinei releului d care isi inchide imediat contactul d realizand alimentarea bobinei contactorului C3.Ca urmare se deschide contactul 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 se intrerupe alimentarea bobinei releului d, care dupa scurgerea timpului de temporizare isi deschide 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;de asemenea se deschide contactul 22C de interblocare a contactorului C3.Motorul functioneaza in continuare pe conexiunea triunghi pana la apasarea butonului

ob ,cand toate contactoarele si releul d revin in pozitia normala.

5.2.2.7 Pornirea prin înserierea de rezistoare cu înfăşurările statorice Prin inserierea de rezistoare cu infăsuratorile statorice in faza de pornire

se poate reduce curentul rotoric. In functie de numarul de rezistoare inseriate, pornirea se poate realiza cu una sau mai multe trepte de pornire.

In figura 5.9 este prezentata o schema de pornire cu o singura treapta intemediara, in care s-au notat urmatoarele elemente:

1e -sigurante principale a-intreruptor principal

2e -releu termic

3e -siguranta pentru protectia circuitului de comanda

1b -buton de pornire

2b -buton de oprire R-rezistoare de pornire

14

C1-contactor pentru alimentarea motorului C2-contactor pentru şuntarea rezistoarelor d-releu cu temporizare la alimentare

Fig. 5.9

Schema functioneaza dupa cum urmeaza : La apasarea butonului 1b se inchid contactele 11C , motorul fiind alimentat cu rezistoarele R inseriate cu infasuratorile statorice. Prin inchiderea contactului

21C se asigura automentinerea comenzii de pornire si dupa eliberarea butonului

1b , iar prin inchiderea contactului 31C se realizeaza alimentarea bobinei releului d. Dupa scurgerea timpului de temporizare, timp in care motorul isi accelereaza miscarea, se inchide contactul d, fiind alimentata bobina contactorului C2. Prin inchiderea contactelor 12C , rezistoarele R sunt scoase din circuit, motorul functionand in continuare pe caracteristica naturala. Prin inchiderea 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.

5.2.2.8 Pornirea cu bobine sau autotransformator Cu înfăşurătorile statorice se inserează nişte bobine reglabile manual pe

masură ce motorul accelerează. După atingerea turaţiei nominale, bobinele sunt scurtcircuitate de către contactele contactorului C1. Dacă contactele C2 sunt închise, pornirea se realizează prin autotransformator.

15

Fig. 5.10

Metoda permite reglarea continua a tensiunii motorului si controlul acceleratiei mişcarii.

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

5.2.2.9 Pornirea indirecta a motoarelor cu rotorul bobinat La 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 5.11 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 circuitul rotoric a ambelor grupuri de rezistoare 1R + 2R .În punctul B, după scurgerea timpului de temporizare al releului 1d şi alimentarea bobinei 2C , se închid contactele 12C care scot din circuit rezistoarele 1R , motorul trecand pe caracteristica artificială 2, punctul de funcţionare deplasandu-se din C în D. După scurgerea timpului de temporizare al releului 2d este alimentata bobina 3C astfel încat prin închiderea contactelor13C sunt scoase din circuit si rezistoarele 2R , motorul funcţionand în continuare pe caracteristica naturală.(punctul de funcţionare se deplasează din E în F).

16

Prin alegerea corespunzătoare a duratelor de temporizare, cuplul de pornire poate fi menţinut in intervalul ( minmax, pp MM ). Metoda asigură curent de pornire mic şi cuplu mare de pornire, la limită egal cu momentul critic: crp MM =max . Observaţie –dacă în circuitul rotoric se introduce un reostat trifazic, atunci se poate realiza reglarea continuă a turaţiei motorului, atât la pornire cât şi în timpul lucrului.

Fig. 5.11

5.2.3 Inversarea sensului de rotaţie al motorului asincron trifazat Sensul de rotaţie al motorului asincron este dat de sensul de rotatie al câmpului magnetic învârtitor, care la rândul său este determinat de succesiunea fazelor.

Pentru inversarea sensului de rotaţie este deci suficient să inversăm între ele oricare două faze. Acest lucru se poate realiza în două moduri: Manual, cu ajutorul reversoarelor de sens (figura 5.12); Automat, cu ajutorul contactoarelor, figura 5.13, în care se utilizează două contactoare câte unul pentru fiecare sens de rotaţie.

Prin apăsarea butonului 1b 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 de automenţinere a comenzii şi după

17

eliberarea butonului 1b .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 prin apăsarea butonului3b , astfel încât se întrerupe alimentarea bobinei C1 şi se închide contactul 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 după eliberarea lui 2b , iar prin deschiderea contactului de interblocare 32C se elimină efectul apăsării butonului 1b .

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

Fig.5.12 Fig.5.13

5.2.4 Reglarea turaţiei motoarelor asincrone Prin reglarea turaţiei înţelegem modificarea voită a acesteia, potrivit unei

anumite cerinţe de acţionare. Reglarea se poate face manual sau automat, prin intermediul unui sistem de comandă.

Se cunoaşte că ( )sp

fn −= 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 p

18

Este 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 cu modificarea numărului de poli la stator trebuie să se modifice corespunzător numărul perechilor de poli la rotor, ceea ce este complicat.

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 3 turaţii (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, utilizănd scheme de comandă corespunzătoare..

II. Reglarea turaţiei prin modificarea alunecării s

Metoda 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 % din turaţia nominală nn (fig. 5.14).

Fig. 5.14

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

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

III. Reglarea tura ţiei prin alimentarea cu frecvenţă variabilă (mărit ă)

19

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

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

≅==ππ

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

Pentru: [ ]min/300000100000 rotn pp 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 mecanică trebuie 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 :

[ ]Hzf 315060

190000≅=

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

-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. -generatoare 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 alimentare scade şi momentul motor M.

Metoda se poate aplica prin:

20

-utilizarea unui autotransformator; -cu amplificatoare magnetice; -folosind convertizoare de curent alternativ cu tiristori.

În figura 5.15 este prezentată schema bloc a unui sistem de reglare care utilizează un convertizor de curent alternativ cu tiristori. Sistemul se compune din următoarele blocuri:

DR-dispozitiv de reglare a tensiunii cu tiristoare comandate DCT-dispozitiv de comandă a tiristoarelor DPR-dispozitiv de programare a valorii de referinţă TG-tahogenerator

Fig. 5.15 Reglarea tensiunii se realizează de la potenţiometrul P, iar

stabilizarea turaţiei se obţine cu ajutorul tahogeneratorului TG şi a dispozitivului de reglare DPR. 5.2.5 Oprirea şi frânarea motoarelor electrice asincrone trifazate

Oprirea se poate face în două moduri: -inerţial, prin consumarea energiei cinetice reziduale, prin frecările proprii

din sistem, rezultând un timp de oprire mare; -cu frânare forţată, obţinându-se un timp de oprire redus şi o crestere a

preciziei de oprire 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 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 sensului de rotaţie a câmpului magnetic înfăşurător se dezvoltă un cuplu foarte mare de frânare care reduce rapid turaţia.

Frânarea dinamică

21

Frânarea dinamică sau în regim de generator nerecuperativ, constă în deconectarea statorului de la reţea şi conectarea înfăşurătorilor statorului(2 înseriate la conexiune stea) la o sursă de curent continuu. Motorul se transformă într-un generator sincron cu câmpul magnetic al 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.

Principiul metodei de frânare dinamică este prezentat în figura 5.16.

Fig.5.16 În figură s–au notat:

T – transformator; R – redresor; 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 deschiderea contactului C22 se întrerupe alimentarea bobinei C1 motorul

22

fiind decuplat de la reţea şi se deschide de asemenea contactul C13 întrerupând alimentarea bobinei d. Prin închiderea contactelor C21 tensiunea continuă redresată de redresorul R este aplicată pe două faze ale motorului, 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.5.17).

Această metodă constă în întreruperea alimentării motorului prin deschiderea contactelor C1 urmată de cuplarea pe înfăşurările statorice a condensatoarelor C, realizată prin închiderea contactelor C2.

Fig. 5.17

Punctul de funcţionare se deplasează pe traseul A – B – C. Frânarea este puternică la început, dar când turaţia se reduce la

03,0 nn ⋅= , momentul de frânare fM devine nul. Dacă este necesar, se poate

continua frânarea prin altă metodă, până la oprirea totală. Frânarea recuperativă

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 energiei electrice produse care este livrată la reţea.

5.2.6 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 scurtcircuit Se construiesc pentru [ ] [ ] [ ]min/3000750,500,1008,0 0 rotnVUKWP KK =≤= în zece gabarite dimensionale, cu tălpi de fixare sau cu flanşă.

23

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 două sau 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 lungimea în consolă a arborelui/numărul de poli). Simbolizarea motoarelor cu rotorul bobinat este de forma: AFI-_ _ _ -S,M,L_, unde F semnifică un rotor fazic. 5.2.7 Arborele electric

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

Sistemul se foloseste si in Petrom, pentru actionarea macaralelor tip pod rulant. Exemplu: arbore electric cu două maşini electrice (fig.5.18) Se foloseşte la viteze reduse şi puteri mici.

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

Fig. 5.18

Dezavantajele arborelui electric: - cost şi gabarit ridicat;

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

5.2.8 Motorul asincron monofazat La acţionări de puteri mici, motorul asincron este realizat în construcţie

monofazată, ceea ce simplifică instalaţia de alimentare. Din punct de vedere funcţional, un comportament similar are şi un motor trifazat căruia, în mod accidental, i se întrerupe circuitul unei faze de alimentare, fie ca urmare a unui defect al reţelei trifazate, fie o întrerupere a înfăşurării unei faze a maşinii (când înfăşurarea statorică este conectată în stea).

24

Motorul asincron monofazat nu are cuplu de pornire (la s = 1, Mrez = 0). Asigurarea unui cuplu de pornire nenul se face prin echiparea statorului cu o fază auxiliară, poziţionată decalat faţă de înfăşurarea principală şi alimentată astfel încât curentul ce o străbate să fie defazat în timp faţă de cel prin înfăşurarea principală(de exemplu se poate folosi aceeaşi sursă de tensiune şi o impedanţă de defazare, ca în figura 5.19); solenaţia dată de această înfăşurare produce şi ea, la rândul ei, un câmp alternativ, decalat în timp şi spaţiu faţă de cel produs de înfăşurarea principală. Cele două câmpuri alternative se compun şi formează un câmp învârtitor rezultant, care conduce la o funcţionare a maşinii asemănătoare cu cazul maşinii polifazate. Faza auxiliară ocupă cca. 1/3 din circumferinţa statorului, iar faza principală restul de cca. 2/3.

Fig. 5.19 Fig 5.20 Motor asincron monofazat Motor asincron monofazat cu faza auxiliara cu spira in scurtcircuit

O soluţie constructivă frecventă la motoarele asincrone monofazate de mică putere este prezentată în figura 3.28. Statorul are înfăşurarea monofazată concentrată, aşezată pe nişte piese polare şi alimentată de la reţeaua de tensiune alternativă monofazată. Piesele polare, cu forma lor caracteristică, au rolul de a ajuta la repartizarea mai uniformă şi pe suprafaţă mai mare a fluxului magnetic prin întrefier spre rotor. Pe jumătate din deschiderea fiecărei piese polare se plasează câte o spiră în scurtcircuit (care cuprinde jumătate din suprafaţa tălpii polare). Aceste spire au un efect de "ecranare" a zonei polare pe care o înconjoară, deoarece produc un câmp de reacţie (Φr) defazat cu π/2 în urma celui inductor (Φ) (figura 5.20.) şi cu care se compune în zona ecranată. În maşină apar astfel două câmpuri alternative (pulsatorii) decalate spaţial, care prin compunere dau un câmp învârtitor nenul la pornire.

În general, motorul asincron monofazat este mai neeconomic decât cel trifazat, atât în construcţie, cât şi în exploatare, dar este preferat la puteri mici, mai ales în aplicaţii casnice, datorită reţelei monofazate de alimentare. Se utilizează la maşina de spălat rufe, la ventilatoare, la aeroterme, diferite maşini unelte, de asemenea în tracţiunea feroviară de curent alternativ.

25

5.2.9 Motorul asincron liniar În transporturi interurbane de viteză mare sunt utilizate trenuri rapide

acţionate cu motoare electrice liniare, asincrone sau sincrone. Motorul asincron liniar are o construcţie ce corespunde liniarizării

armăturilor cilindrice de la maşina rotativă (figura 5.21). Maşina are construcţie inversată, in sensul că inductorul este armatura mobilă, iar indusul este armatura fixă.

Inductorul trifazat este ataşat de vehicul, iar indusul este similar coliviei şi este inclus în calea de rulare. Deoarece calea de rulare se desfăşoară pe distanţă foarte mare, barele tip colivie se pot înlocui cu o placă de aluminiu turnată în armătura de fier. În figura 5.21. se prezintă varianta constructivă cu motor asincron unilateral. Mai eficientă este cea cu motor bilateral, schiţată în figura 5.22. După acelaşi principiu există construite linii ferate in care inductorul cu înfăşurare trifazată este inclus in calea de rulare; infăşurarea este alimentată pe tronsoane care se succed in lungul liniei şi sunt parcurse pe măsură ce trenul se deplasează.

Fig. 5.21. Reprezentare schematică pentru motorul asincron liniar.

La viteze mici (70 - 80) km/oră, distanţa dintre armături se poate menţine prin sprijinirea întregului vehicul pe roţi, care calcă pe şine laterale, ce au şi rol de ghidare, în timp ce la viteze de (400 - 500) km/oră, menţinerea distanţei dintre vehicul şi calea de rulare este realizată cu un sistem de bobine ce produc forţe de repulsie între armături. În lipsa ghidajelor mecanice este dificil de menţinut direcţia la curbe şi sunt necesare nişte bobine suplimentare pentru o mai sigură menţinere a direcţiei.

Fig. 5.22. Reprezentare schematică a motorului liniar bilateral pentru trac ţiune.

26

5.3 Maşina sincronă trifazată 5.3.1 Elemente constructive specifice. Domeniu de utilizare. Principiul de funcţionare în regim de generator şi motor Maşina sincronă poate funcţiona atât în regim de generator (în centralele

electrice, pentru producerea energiei electrice sunt utilizate turbo şi hidrogeneratoare sincrone trifazate), cât şi în regim de motor (în acţionarea sarcinilor de mare putere, la turaţie constantă).

Păr ţile constructive principale ale maşinii sincrone sunt: statorul (fix în raport cu platforma pe care este poziţionată maşina) şi rotorul (în interiorul statorului aflat în mişcare de rotaţie şi concentric cu acesta). La construcţia normală, statorul are rol de indus, realizarea lui fiind asemănătoare cu cea a maşinii asincrone (carcasă, miez feromagnetic lamelat, cu crestături uniforme pe circumferinţa interioară, înfăşurare polifazată simetrică, uzual trifazată). Rotorul are rolul de inductor. Construcţia lui este heteropolară şi este echipat cu o înfăşurare de excitaţie alimentată în curent continuu. Alimentarea înfăşurării poate fi făcută prin inele fixate pe arbore, la care sunt conectate capetele acesteia şi pe care calcă perii colectoare fixate în carcasă, conectate la cutia de borne, sau prin intermediul unei punţi redresoare solidare cu rotorul şi alimentată de la un generator de curent alternativ, tot printr-un sistem de inele şi perii. Există două variante constructive de rotor: cu poli aparenţi (se practică pentru rotoare cu p = 2) şi cu poli înecaţi (varianta tipică pentru p = 1 şi mai rar p = 2), reprezentate în figura 5.23.

Fig. 5.23

Tipuri de rotoare pentru maşina sincronă

Miezul rotoric cu poli înecaţi se realizează dintr-un bloc masiv, cilindric din oţel în care se frezează crestături (în lungul generatoarelor cilindrului), în crestaturi se dispune înfăşurarea de excitaţie. Construcţia cu poli înecaţi se foloseşte la turbogeneratoare la care turaţia n1 = 3000 rot/min (pentru frecvenţa de 50 Hz).

Miezul rotoric cu poli aparenţi este realizat prin montarea unor piese polare masive pe jugul rotoric, prinderea făcându-se prin buloane sau pene; este necesară o consolidare mecanică bună, deoarece în timpul funcţionării polii sunt supuşi acţiunii forţelor centrifuge. Polii susţin înfăşurarea de excitaţie.

27

Construcţia cu poli aparenţi se utilizează la motoare sincrone şi hidrogeneratoare la care turaţia este mică n1 ≤ 25 rot/sec.(sau 1500 rot/min), la funcţionarea în reţele de 50 Hz.

Principiul de funcţionare al maşinii sincrone în regim de generator presupune antrenarea rotorului la o turaţie n1 şi existenţa curentului continuu în înfăşurarea de excitaţie; efectul constă în producerea unui câmp magnetic constant în timp, repartizat în spaţiu după alternanţa polilor, sub forma unor pulsuri pozitive şi negative, care se roteşte cu aceeaşi turaţie cu rotorul, devenind astfel un câmp învârtitor, cu turaţia n1. Indusul (armatura statorica) este parcurs de fluxul magnetic variabil în timp şi în înfăşurarea polifazată (trifazată) statorică se induc tensiuni electromotoare, având frecvenţa f1 = n1/p. Dacă înfăşurarea se închide pe un circuit de sarcină, în înfăşurări se stabilesc curenţi având tot frecvenţa f1. Sistemul trifazat, simetric, echilibrat de curenţi produce un câmp de reacţie, tot învârtitor şi sincron cu cel inductor. Prin compunerea celor două câmpuri învârtitoare ia naştere cuplul electromagnetic al generatorului sincron, care se opune cuplului de antrenare a rotorului.

Pentru funcţionarea în regim de motor este necesară alimentarea înfăşurării statorice cu un sistem de tensiuni trifazat, simetric, echilibrat, de frecvenţa f1, astfel încât curenţii care parcurg fazele să producă un câmp magnetic învârtitor cu turaţia n1 = f1 / p. Este de asemenea necesar ca rotorul (cu înfăşurarea de excitaţie parcursă de c.c.) să se învârtă la aceeaşi turaţie n1. Cuplul electromagnetic care se formează menţine sincronismul dintre câmpul învârtitor statoric şi cel rotoric (respectiv rotor) şi permite transferul de putere activă mecanismului acţionat. De remarcat că principiul de funcţionare al motorului sincron este condiţionat de sincronismul dintre turaţia rotorului şi a câmpului, astfel că motorul sincron nu poate funcţiona decât la turaţia de sincronism (constantă cât timp f1 = const.) şi nu dezvoltă cuplu la pornire, deci trebuie pornit indirect, până la turaţia de sincronism. Tot din acest motiv, maşina sincronă nu poate funcţiona în regimul de frână.

Prin variaţia cuplului la ax, maşina poate fi făcută să funcţioneze fie ca motor, aplicându-i-se un cuplu de sarcină Ms şi ea absoarbe din reţea putere activă (P < 0), fie ca generator, antrenând axul cu un cuplu activ Ma şi ea produce putere electrică activă pe care o cedează reţelei (P > 0). În acest timp, curentul de excitaţie Iex şi respectiv t.e.m. indusă de fluxul inductor E0 au valoare constantă.

Aceeaşi maşină la funcţionarea cu un anumit cuplu la ax, respectiv putere activă constantă (indiferent de regimul de motor sau generator), prin variaţia curentului de excitaţie poate avea un schimb de putere reactivă cu reţeaua. Există o valoare "optimă" a curentului de excitaţie (Iex*), respectiv a t.e.m. E0, la care schimbul de putere reactivă este nul. La curent de excitaţie mai mic, maşina este subexcitată şi absoarbe din reţea putere reactivă (Q < 0), iar la curent de excitaţie mai mare, maşina este supraexcitată şi produce putere reactivă pe care o cedează reţelei (Q > 0).

Datorită acestei proprietăţi, maşina sincronă poate fi utilizată (independent de regimul de lucru ca motor sau generator) şi pentru reglarea

28

factorului de putere din reţeua la care este conectată, acest regim fiind denumit compensator sincron. Uneori se utilizează maşina sincronă în regim de motor în gol, cu excitaţie reglabilă, numai pentru această funcţie de compensare controlată a factorului de putere al reţelei (similar cu utilizarea unei baterii de condensatoare).

5.3.2 Pornirea motorului sincron Este o problemă mai dificilă decât la celelalte tipuri de motoare electrice,

deoarece el nu are cuplu propriu de pornire. Doar la învârtirea rotorului la turaţia de sincronism, în acelaşi sens cu câmpul învîrtitor statoric, maşina dezvoltă cuplu electromagnetic. Metodele de pornire ale motorului sincron presupun aducerea arborelui la turaţia de sincronism printr-unul dintre următoarele procedee:

1. Antrenarea arborelui cu un motor auxiliar, care este scos din funcţiune după prinderea în sincronism; la cuplarea la reţea a statorului însă, trebuie luate măsuri de sincronizare, deoarece maşina sincronă, în momentul cuplării pe reţea, este în regim de generator şi sistemul de tensiuni al generatorului trebuie să se suprapună identic peste sistemul de tensiuni al reţelei (adică să aibă aceeaşi valoare efectivă, aceeaşi frecvenţă, aceeaşi succesiune a fazelor şi în momentul cuplării tensiunile omoloage să fie în fază). Metoda de realizare şi verificare a acestor condiţii se numeşte sincronizare fină şi se bazează pe măsurarea diferenţelor dintre tensiunile sistemului reţelei şi generatorului sincron şi ajustarea acestora din urmă prin varierea turaţiei motorului de antrenare şi a curentului de excitaţie. Această metodă se aplică şi la cuplarea în paralel cu reţeaua a generatoarelor sincrone din centralele electrice.

2. Pornirea în asincron este metoda cea mai des utilizată şi se poate aplica motoarelor sincrone când înfăşurarea de excitaţie este închisă pe o rezistenţă de valoare mare (de cca. zece ori mai mare decât rezistenţa înfăşurării). Unele maşini au o înfăşurare suplimentară scurtcircuitată, ca o colivie de motor asincron, dispusă în crestături practicate în lungul tălpilor polare şi numită înfăşurare de amortizare. Ea are rol activ doar la turaţii diferite de turaţia de sincronism, când maşina se comportă ca un motor asincron, în timp ce la sincronism t.e.m. induse în această înfăşurare (v. principiul de funcţionare al maşinii asincrone) sunt nule, deoarece ele sunt proporţionale cu alunecarea şi la sincronism s = 0. Circuitul feromagnetic masiv al rotorului poate şi el juca rol de colivie de pornire datorită t.e.m. induse şi curenţilor turbionari ce apar la funcţionare asincronă. După ce arborele ajunge la turaţia subsincronă n =(1- s)n1 (apropiată însă ca valoare de n1, ca şi la motorul asincron), se alimentează înfăşurarea de excitaţie de la sursa de tensiune continuă. Câmpurile magnetice învârtitoare se sincronizează, după un scurt regim tranzitoriu şi produc cuplu electromagnetic. Se spune că maşina "se prinde în sincronism".

3. Pornirea prin alimentarea înfăşurării statorice de la o sursă de tensiune şi frecvenţă variabilă, crescând frecvenţa de la zero, permite creşterea treptată, de la zero, a turaţiei câmpului învârtitor inductor; este astfel posibilă antrenarea treptată, din repaus, a rotorului.

29

5.3.3 Reglarea turaţiei Reglarea turatiei de sincronism (n1 = 60 f1/p) poate fi făcută numai prin varierea numărului de perechi de poli ai înfăşurării statorice sau prin varierea frecvenţei tensiunii de alimentare. Varierea lui p este imposibilă la masina sincronă, deoarece, pentru a asigura sincronismul câmpurilor învârtitoare, numărul perechilor de poli ai înfăşurării statorice trebuie să fie egal cu numărul perechilor de poli ai rotorului, iar acesta din urmă este impus de construcţia rotorului. Variaţia frecvenţei f1 se poate face cu un convertor static, un reglaj eficient trebuind să fie făcut prin variere continuă. Această metodă se aplică la acţionări unde şi pornirea se face prin creşterea treptată a frecvenţei.

Datorită posibilităţilor reduse de reglare a turaţiei motorului sincron, utilizarea lui este preferată în acţionări de turaţie constantă şi unde turaţia nu trebuie să fie afectată de sarcină: pompe centrifuge şi cu piston, ventilatoare, compresoare lente (cu piston), mori şi concasoare, elicele vapoarelor, unele tipuri de laminoare, etc. O altă direcţie de largă utilizare a motorului sincron este în acţionările de fineţe: sisteme de poziţionare, unde se utilizează construcţii speciale de maşini sincrone de puteri mici (unele dintre ele sunt prezentate în continuare).

Avantajele utilizării motorului sincron constau, pe de o parte, în faptul că poate funcţiona la acelaşi cuplu activ cu diferiţi factori de putere (interesează regimul capacitiv) şi pe de altă parte că, la o scădere a tensiunii la borne se poate menţine cuplul electromagnetic constant prin creşterea curentului de excitaţie, ceea ce nu se poate realiza la alt tip de motor. Menţinerea riguros constantă a turaţiei la variaţiile cuplului poate fi privită ca un avantaj şi constituie principalul motiv al utilizării motorului sincron în acţionările de precizie de tipul echipamentelor electro-mecanice analogice: la perifericele calculatoarelor (cititor de bandă, antrenarea hârtiei pentru imprimantă), la aparatura audio-vizuală (aparat de proiecţie film, rulare banda casetofon, videorecorder si videoplayer, cap citire pic-up), aparatura medicală (inregistratoare grafice de semnale). Deasemenea, se utilizează în transmisia la distanta a informatiilor si semnalelor: telefonie, telegrafie, transmisie sincronă a mişcării, etc.

In prezent, o bună parte din aceste aplicatii sunt depăsite, nu mai sunt de actualitate, fiind foarte rapid inlocuite cu tehnologiile bazate pe achizitia, conversia analog-digiala a semnalelor si a imaginilor si stocarea informatiei in format electronic.

30

6. Maşina de curent continuu

6.1 Construcţia, regimurile şi principiul de func ţionare Prima construcţie de maşină de curent continuu a fost realizată de Ritchie

în anul 1833. In deceniile următoare, până la sfârşitul secolului trecut, construcţia s-a perfecţionat şi pe măsură ce au fost observate şi explicate fenomenele electromagnetice ce însoţesc funcţionarea maşinii, au fost aduse o serie de îmbunătăţiri constructive. După aceea, îmbunătăţirile ţin de evoluţia calităţii materialelor, mai ales cele electroizolante, cât şi de evoluţia tehnologiilor.

6.1.1 Elemente constructive Ca orice maşină electrică rotativă, maşina de curent continuu este

alcătuită din cele două armături, statorul şi rotorul. Statorul este partea fixă, alcătuită din jugul statoric (figura 6.1.a), care

are funcţia şi de carcasă, polii principali (de excitaţie), care poartă înfăşurarea de excitaţie (detaliul din figura 6.1.b), polii auxiliari (de comutaţie), care poartă înfăşurarea de comutaţie, scuturile laterale, care susţin lagărele cu rulmenţi sau de alunecare (la puteri mici), cât şi sistemul de perii şi portperii.

Fig. 6.1

Secţiune transversală prin maşina de c.c. cu detaliu de pol principal

Rotorul este partea mobilă a maşinii, alcătuit dintr-un pachet de tole, cu crestături pe exterior, care susţin o înfăşurare tip indus de curent continuu. Crestăturile sunt egale şi repartizate uniform pe circumferinţă. Pachetul de tole se găseşte fixat pe arborele maşinii, ca şi colectorul şi se roteşte odată cu acesta. Tot pe arbore poate fi prevăzut un ventilator, pentru îmbunătăţirea evacuării de căldură din maşină, în timpul funcţionării.

Carcasa (jugul statoric) este realizată din fontă sau oţel turnat, mai rar din tablă groasă de oţel sudată. Ea constituie atât cale de închidere a fluxului inductor, cât şi suport pentru susţinerea polilor. Fie din turnare, fie prin sudare,

31

carcasa este prevăzută cu tălpi de susţinere şi fixare a maşinii şi cu o cutie de borne. Tot pe carcasă este fixată plăcuţa indicatoare, cu datele nominale ale maşinii. O altă variantă constructivă se întâlneşte la maşinile de curent continuu de putere mică şi mai ales la motoarele destinate a fi alimentate de la instalaţii de redresare cu semiconductoare. Jugul, împreună cu polii, sunt realizaţi din tole de oţel electrotehnic, de (0,5....1) mm grosime, ştanţate sub formă adecvată (figura 4.2.). Acest tip constructiv se întâlneşte, de exemplu, la maşinile de c.c. pentru locomotivele electrice şi diesel-electrice. In acest caz, întregul jug statoric este introdus într-o carcasă care joacă numai rolul de protecţie şi fixare.

Fig. 6.2

Tolă statorică cu jug şi poli incluşi

Polii de excitaţie (principali) se realizează din tole de oţel electrotehnic de

(0,5....1) mm grosime, strânse şi consolidate prin nituire (figura 6.1.b), sau cu bulon. Fixarea de jugul statoric se face tot cu bulon de strângere. Polii sunt formaţi din corpul polului, zona pe care se află bobina înfăşurării de excitaţie şi talpa polară, cu rol atât în susţinerea bobinei, cât şi în repartizarea mai uniformă a fluxului inductor spre rotor. Cele mai multe maşini de c.c. se realizează în construcţie tetrapolară (numărul de poli este 2p = 4). Bobinele înfăşurării de excitaţie se conectează între ele astfel încât să asigure sensul fluxului de excitaţie de aşa manieră ca polii N şi S să alterneze. Distanţa dintre axele a doi poli alăturaţi (aceeaşi cu distanţa dintre axele neutre, reprezentate în figura 4.1) se numeşte pas polar (τ).

Fluxul magnetic de excitaţie este fluxul inductor, calificativul “inductor” fiind asociat în general statorului maşinii de c.c. Capetele înfăşurării de excitaţie se scot la cutia de borne.

La maşinile de puteri mari (peste 10 kW), există şi o înfăşurare de compensare, care este plasată în crestături practicate în tălpile polare, este conectată în serie cu înfăşurarea rotorică şi are rolul de a compensa local fluxul magnetic de reacţie produs de solenaţia acesteia la funcţionarea în sarcină (fluxul de reacţie slăbeşte fluxul de excitaţie).

Polii de comutaţie (auxiliari) sunt aşezaţi simetric, între polii de excitaţie. Axele polilor de comutaţie se plasează în axele neutre ale polilor principali (ca în figura 6.1). Construcţia lor este asemănătoare cu a polilor principali. Infăşurările situate pe polii de comutaţie se conectează între ele tot în sensul alternanţei polarităţilor şi se înseriază cu înfăşurarea rotorică (a indusului).

32

Fluxul magnetic produs de solenaţia polilor auxiliari în zona de comutaţie are rol de a favoriza procesul de comutaţie (schimbarea sensului curentului prin secţiile înfăşurării rotorice ).

Atât polii principali, cât şi cei auxiliari se realizează din tole de oţel feromagnetic. La cele mai multe maşini nu este nevoie să se izoleze tolele între ele, deoarece fluxul magnetic ce străbate circuitul magnetic al statorului nu variază în timp şi nu apar curenţi turbionari; lamelarea se face din motive tehnologice (operaţia de ştanţare a tolelor este automată). La motoarele de c.c. care lucrează în regim de sarcină variabilă, la cele alimentate prin convertoare statice de frecvenţă sau în cazul celor incluse în sisteme de acţionare cu reglaj de turaţie prin slăbire de flux, particularităţile de funcţionare implică apariţia fluxurilor variabile în timp, aşa încât se impune izolarea tolelor din circuitul magnetic statoric pentru reducerea pierdierilor prin curenţi turbionari.

Miezul rotoric este realizat dintr-unul sau mai multe pachete de tole; tolele au grosimea de (0,5....1) mm şi sunt izolate între ele. Rotorul are un număr Z de crestături uniform distribuite pe circumferinţa exterioară (fig. 6.1). Rotorul reprezintă indusul maşinii de curent continuu, el găsindu-se sub influenţa câmpului magnetic inductor (de excitaţie), produs de solenaţia polilor principali. Pasul polar (τ) se poate exprima la nivelul rotorului în trei moduri (în asociaţie cu secţiunea transversală din fig. 6.1a):

- ca unghi la centru: τ = (2π)/(2p) [rad]; - ca arc de cerc la periferia rotorului cu diametrul exterior D: τ=(πD)/(2p)

[m]; - ca număr de crestături aflate sub incidenţa unui pol: τ = Z / (2p)

[crest.]. Inf ăşurarea rotorică (a indusului) este aşezată în cele Z crestături ale

rotorului; este o înfăşurare închisă şi formată din secţii , elemente de înfăşurare care se repetă identic şi se succed la parcurgerea înfăşurării. Există două tipuri de bază de înfăşurări de c.c.: buclată şi ondulată, clasificare făcută după forma secţiilor. La ambele tipuri, latura de ducere, respectiv cea de întoarcere a unei secţii se află sub incidenţa a doi poli alăturaţi (deci de polarităţi diferite).

Infăşurarea indusului este compusă din mai multe spire (o secţie poate fi compusă din una sau mai multe spire), plasate în crestături, colectorul are atâtea lamele câte secţii are înfăşurarea rotorică, corespunzând (pentru construcţiile uzuale) şi la numărul de crestături rotorice. Numărul de perii este egal cu numărul de poli şi periile sunt plasate, din punct de vedere electromagnetic, în axa neutră a polilor (decalarea lor se practică numai în cazuri speciale). Capetele fiecărei secţii sunt racordate la lamele diferite ale colectorului. Periile sunt poziţionate pe lamele de colector, conectate cu laturi de secţie aflate în axa neutră a polilor inductori. Laturile secţiilor sunt plasate în crestături (în două straturi, izolate între ele), izolate faţă de miez şi consolidate cu pană la deschiderea crestăturii. Capetele înfăşurării sunt consolidate cu bandaje. Infăşurarea rotorică este supusă forţelor centrifuge, de aceea se impune o consolidare mecanică bună.

33

Colectorul este realizat din lamele de cupru, dispuse radial, izolate între ele şi fixate pe un butuc plasat pe arbore. El se roteşte odată cu arborele maşinii. La fiecare lamelă este racordat punctul comun dintre o latură de întoarcere şi una de ducere, aparţinând la două secţii succesive în parcursul înfăşurării.

Periile colectoare sunt fixate în portperii şi sunt imobile faţă de rotor şi colector. Ele calcă pe colector, realizând un contact alunecător şi permit culegerea t.e.m. induse în conductoarele înfăşurării, astfel încât colectorul împreună cu periile colectoare joacă rolul unui convertor mecanic de frecvenţă, între tensiunea redresată la bornele maşinii (la perii) şi tensiunea alternativă din înfăşurare. Periile vin în contact cu lamelele de colector conectate la conductoare care se află în axa neutră a polilor (axa de simetrie dintre doi poli vecini), zonă în care câmpul magnetic schimbă polaritatea trecând prin valoarea zero, deci zonă în care şi curentul prin conductor schimbă în mod natural polaritatea (comută).

Alimentarea înfăşurării de excitaţie a maşinii de c.c., indiferent de regimul de funcţionare (motor sau generator) se face de la o sursă de tensiune continuă, care poate fi exterioară (excitaţie independentă sau separată), sau se asigură prin autoexcitaţie (adică poate fi chiar maşina de c.c. când ea lucrează ca generator, sau aceeaşi sursă care o alimentează ca motor, schemele electrice de conectare a excitaţiei fiind identice în cele două regimuri). Conectarea înfăşurării (înfăşurărilor) de excitaţie la bornele maşinii se poate face în serie, paralel, compound (asociere între serie şi paralel) sau se pot realiza combinaţii de excitaţie independentă şi autoexcitaţie. După modul în care este alimentată, înfăşurarea de excitaţie diferă din punct de vedere constructiv (număr de spire, secţiune de conductor). In figura 6.3 este prezentată convenţia de simbolizare a bornelor pentru maşina de curent continuu.

Fig. 6.3 Simbolizarea

bornelor la maşina de curent continuu

34

6.2 Motorul de curent continuu

6.2.1 Constructie si clasificare Sunt 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 curent continuă.

După modul de alimentare a inductorului se deosebesc patru tipuri de motoare de curent continuu:

- cu excitaţie serie (fig.6.4) ( )MfIII er ===

Prezintă o caracteristică mecanică foarte elastică şi neliniară

Fig. 6.4 - cu excitaţie derivaţie (fig.6.5)

.ct.ctI

III

ee

er

=Φ⇒=+=

Prezintă o caracteristică naturală (cn) rigidă şi liniară.

35

Sunt cele mai raspândite la actionarea masinilor de lucru, deoarece asigura o caracteristica de actionare rigida şi ofera posibilitaţi largi de reglare a turatiei.

Fig. 6.5 - cu excitaţie separată (fig.6.6)

reglabil,I

reglabilI

e

r

−Φ−

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

φ

Fig. 6.6

- cu excitaţie mixtă (fig.6.7)

esr

epr

II

III

=

+=

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

36

Fig. 6.7

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) neliniară şi cu o dependenţă pronunţată a turaţiei cu momentul (caracteristică elastică); - 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 curent continuu cu excitaţie derivaţie.

6.2.2 Pornirea motorului de curent continuu

Schema de pornire directă cu reversarea sensului (fig.6.8):

37

Fig. 6.8 În 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 excitatie

1b -buton de oprire

2b -buton de pornire sens dreapta

3b -buton de pornire sens stanga 1C -contactor de funcţionare rotire dreapta 2C -contactor de functionare rotire stanga.

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

Ponirea indirectă cu rezistenţă în circuit rotoric: Se realizeaza prin introducerea în serie cu rotorul a unui reostat de pornire

Rp sau a unui grup de 2-5 rezistoare fixe.

Observaţii: -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;

38

-reostatul sau rezistorele se dimensionează ca putere pentru o funcţionare de scurtă durată.

Pentru respectarea parametrilor de pornire se recomandă ca aceasta să se realizeze automat,rezistoarele pR , fiind scurtcircuitate prin contactele unor contactori comandaţi în următoarele moduri:

-în funcţie de turaţia n, prin detectarea tensiunii electromotoare cu ajutorul unor relee de tensiune, bazat pe relaţia: n**KE Φ= ; -în funcţie de curentul rotoric (RI ) – 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

Este folosită mai ales atunci când este necesară şi reglarea turatiei şi constă în variaţia continuă sau în trepte a tensiunii la perii nUU <<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 foarte largi - 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.

6.2.3. 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: - menţinerea constantă a vitezei atunci când apar cupluri datorate unor forţe potenţiale (de inerţie, gravitaţie) sau variaza momentul rezistent rM . - 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)

39

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 fR . Excitaţia fiind cuplată, motorul trece în regim de generator nerecuperativ, energia electrică produsă fiind consumată (transformată în căldură) pe rezistenţa de frânare.

Frânarea recuperativă Are loc în cazul în care motorul conectat la reţea este obligat de

mecanismul antrenat să se rotească cu o turaţie mai mare ca cea de funcţionare: 0nn > .

Motorul trece în regim de generator consumând energie mecanică si dezvoltând un cuplu de frânare. Energia electrică produsă este furnizată reţelei.

Frânarea prin contraconectare Constă în schimbarea sensului de circulaţie a curentului prin indus,

realizata prin schimbarea polarităţii tensiunii la bornele indusului cu păstrarea sensului de rotaţie;

O alta metoda de franare este aceea cu reostat de franare înseriat cu rotorul.

6.2.4 Reglarea turaţiei motorului de curent continuu Motoarele de curent continuu sunt mai avantajoase în raport cu motarele de

curent alternativ în ceea ce priveşte reglarea vitezei, având un domeniu de reglare mai mare şi fiind mai economice. Reglarea turatiei se poate realiza: - prin variaţia tensiunii la bornele rotorului rU , la ctn = şi ct=φ - prin variaţia fluxului de excitaţie φ , la ctU = şi ctU r = - prin variaţia tensiunii sursei de alimentare U , la ct=φ

7. Condiţii normalizate în construcţia şi funcţionarea maşinilor electrice

În alegerea sau în proiectarea unei maşini electrice pentru o anumită instalaţie trebuie respectate o serie de norme, care sunt în legătură cu condiţiile de exploatare. Aceste norme sunt impuse de Comisia Electrotehnică Internaţională (CEI) şi sunt cuprinse în standarde specifice. În continuare se vor da detalii asupra celor mai importante norme care influenţează alegerea sau dimensionarea unei maşini electrice.

7.1 Serviciul de funcţionare Regimul de funcţionare reprezintă ansamblul valorilor numerice ale

mărimilor electrice şi mecanice care caracterizează funcţionarea unei maşini

40

(instalaţii) electrice. În particular, regimul nominal corespunde ansamblului valorilor nominale ale mărimilor caracteristice.

Durata unui anumit regim de funcţionare se poate stabili, de exemplu la un motor electric, calculand timpul de pornire al motorului la pornirea în gol (Mr = 0), prin conectare directă la reţea

Serviciul de funcţionare reprezintă succesiunea şi durata regimurilor unei maşini (instalaţii) electrice. De obicei, motoarele electrice funcţionează în servicii ciclice, pentru care se defineşte durata de acţionare (DA), ca raport procentual între durata funcţionării în sarcină şi durata întregului ciclu. Există câteva valori normalizate: 15%; 25%; 40%; 60%; 100%. Sunt stabilite opt servicii tip ale maşinilor electrice, caracterizate prin succesiunea regimurilor de tipul următor(simbolizarea se regăseşte în diagramele celor opt servicii reprezentate în continuare):

N = regim nominal N1, N2 = regimuri staţionare la anumite sarcini; R = repaus; V = funcţionare în gol; D = pornire; F = frânare electrică.

Descrierea regimurilor, în acord cu diagramele corespunzătoare este următoarea: S1 - serviciul continuu - motorul funcţionează în acelaşi regim, suficient de mult timp pentru a se atinge echilibrul termic al maşinii; S2 - serviciul de scurtă durată - motorul funcţionează într-un regim constant de durată mai mică decât cea necesară atingerii echilibrului termic, urmată de repaus, suficient pentru răcirea maşinii; S3 - serviciul intermitent periodic - alcătuit dintr-o succesiune de cicluri identice, fiecare compus dintr-un interval de regim continuu şi unul de repaus; curentul de pornire nu influenţează încălzirea; S4 - serviciul intermitent, periodic, cu durată de pornire - alcătuit dintr-o succesiune de cicluri identice, fiecare compus din: un interval de pornire (D), un interval de regim continuu (N) şi un interval de repaus (R);

41

S5 - serviciul intermitent, periodic, cu durată de pornire şi de frânare electrică – alcătuit dintr-o succesiune de cicluri compuse din: un interval de

pornire (D), un interval de regim continuu (N), un interval de frânare electrică (F), un interval de repaus (R); S6 - serviciul neîntrerupt, periodic, cu sarcină intermitentă - alcătuit dintr-o succesiune decicluri compuse din: un interval de regim continuu (N), un interval de funcţionare în gol (V); S7 - serviciul neîntrerupt, periodic, cu frânări electrice - alcătuit dintr-o succesiune de cicluri compuse din: un interval de pornire (D), un interval de regim continuu (N), un interval de frânare electrică (F); nu are interval de repaus; S8 - serviciul neîntrerupt cu modificarea periodică a turaţiei - alcătuit dintr-o succesiune de cicluri compuse din: un interval de regim continuu (N1), la o

42

turaţie anume, urmat de unul sau mai multe intervale de regim continuu la alte turaţii (N2), separate de frânare (F) sau accelerare (pornire D); regimul nu are intervale de repaus.

Tipul serviciului de funcţionare este înscris pe plăcuţa indicatoare a motorului. În absenţa acestei precizări se subînţelege serviciul S1.

7.2 Clase de izolaţie Clasele de izolaţie reprezintă categorii de materiale electroizolante, care

au proprietatea comună că îşi păstrează proprietăţile dielectrice chiar când sunt încălzite până la o temperatură limită (temperatura maximă a clasei de izolaţie) şi funcţionează la acea temperatură timp îndelungat. Sunt definite şapte clase de izolaţie, ale căror simboluri, temperaturi maxime şi materiale componente sunt prezentate în continuare:

Y (90oC) bumbacul, mătasea naturală, hârtia, firele de celuloză, lemnul, cartonul electrotehnic, clorura de polivinil, cauciucul natural;

A (105oC) bumbacul, mătasea naturală, hârtia, firele de celuloză, lemnul, toate impregnate într-un lac pe bază de răşini naturale, în ulei izolant, soluţii de eteri şi esteri celulozici;

E (120oC) emailuri pe bază de răşini formal-polivinilice, epoxidice, stratificate din bumbac, hârtie, pelicule de triacetat de celuloză, pelicule, fire şi ţesături de tereftalat de politilenă;

B (130oC) fibre si ţesături de sticlă, azbest, produse de mică în care se foloseşte şerlacul, compund asfaltic sau bituminos, răşini sintetice şi epoxidice;

F (155oC) fire şi ţesături din sticlă, azbest, produse de mică impregnate cu răşini aldehidice, siliconaldehidice şi siliconfenolice;

H (180oC) fire şi ţesături de sticlă, azbest, produse de mică impregnate cu răşini siliconice selecţionate;

C (>180oC) mică, porţelan, ceramică, sticlă, cuarţ.

Un echipament electric construit într-o anumită clasă de izolaţie are în componenţa sa materiale izolante din clasa respectivă sau clase superioare. Nu se folosesc materiale din clase inferioare chiar dacă acestea nu sunt în contact direct cu părţile active ale instalaţiei (care se încălzesc cel mai mult în timpul funcţionării).

Dimensionarea unei instalaţii electrice în condiţiile unei anumite clase de izolaţie trebuie să ţină seama de condiţia ca temperatura celui mai fierbinte punct din maşină, la funcţionarea în regim termic stabilizat, să nu depăşească temperatura maximă a clasei de izolaţie.

43

7.3 Grade de protecţie Protecţia (în cazul unui echipament electrotehnic) reprezintă ansamblul

măsurilor luate pentru a permite funcţionarea corespunzătoare a acestuia în condiţii date şi pentru a asigura securitatea persoanelor care îl deservesc. Tipurile de protecţie a maşinilor şi transformatoarelor electrice sunt standardizate şi simbolizate cu literele IP urmate de două cifre xy care au următoarea semnificaţie:

x - marchează protecţia personalului contra atingerii pieselor interioare aflate sub tensiune, sau a părţilor în mişcare din interiorul maşinii, cât şi protecţia împotriva corpurilor solide care ar putea pătrunde în zona părţilor active ale maşinii şi ar împiedica funcţionarea. Există 7 grade de protecţie de acest tip, simbolizate cu cifrele 0,....,6 şi care semnifică, în mod gradat, sporirea măsurilor de protecţie. De exemplu: 0 înseamnă fără protecţie; 4 simbolizează asigurarea protecţiei contra corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 1mm; 6 reprezintă protecţie completă , deci şi împotriva prafului, maşina fiind complet capsulată.

y - marchează protecţia împotriva pătrunderii apei în maşină. Există 9 grade de protecţie de acest tip, simbolizate cu cifre de la 0 la 8, marcând creşterea gradului de etanşeizare a carcasei maşinii. De exemplu, 0 înseamnă fără protecţie, 3 marchează protecţia la pătrunderea apei de ploaie sub un unghi de înclinare de max. 60o faţă de verticală; 4 marchează protecţia contra stropirii cu apă din orice direcţie; 8 se aplică la instalaţiile submersibile, asigurând etanşeizare totală.

7.4 Condiţii de mediu Echipamentele electrice sunt dimensionate pentru a asigura parametrii

nominali la o temperatură a mediului ambiant de max. +40oC. În funcţie de condiţiile mediului ambiant: normal, exploziv, cu vapori de

acizi sau climat special, tipurile de maşini electrice se realizează cu grade de protecţie specifice.

Condiţiile de mediu uzual luate în considerare sunt: - climatul - temperat, tropical umed şi tropical uscat; - altitudinea - sub sau peste 1000 m deasupra nivelului mării; - condiţiile de atmosferă - conţinut de vapori explozivi, substanţe

corozive, umiditate; - condiţiile mecanice - funcţionarea în regim de vibraţii, şocuri mecanice,

protecţia la pătrunderea corpurilor străine în zona părţilor active ale maşinii. Buna funcţionare a echipamentului electric în aceste condiţii este

asigurată prin: - respectarea limitei de temperatură impusă de clasa de izolaţie; - alegerea unor acoperiri de protecţie şi materiale izolante rezistente la

acţiunea factorilor de mediu; - protejarea părţilor active (înfăşurări, miez magnetic), cu carcasă de

protecţie, conform gradului de protecţie.