Curs la energetică

INTRODUCERE

Motorul asincron este orice motor cu curent alternativ, care la frecvenţa dată a reţelei, funcţionează cu turaţie variabilă cu sarcina. În continuare, vor fi prezentate numai motoarele asincron fără colector, numite obişnuit motoare asincrone sau de inducţie, care sunt cele mai robuste şi sigure în exploatare, motiv pentru care sunt cele mai utilizate.

Motorul asincron este compus din armătura statornică (stator) şi armătură rotorică (rotor).

Statorul format din unul sau mai multe pachete de tole are în crestături o înfăşurare monofazată sau trifazată care se conectează la reţea şi formează inductorul motorului.

Rotorul este format tot din pachete de tole, dar în crestături poate avea o înfăşurare trifazată concetată în forma de stea cu capetele scoase la trei inch sau o înfăşurare în scurt circuit de tipul unei colivii.

De aceea, după forma înfăşurării rotorului, maşinile asincrone se mai numesc “motoare asincrone cu inel” sau “motoare aisncrone cu rotorul în scurt circuit” sau “rotorul în colivii”.

În afară de aceste părţi, motorul mai are, în funcţie de destinaţie, de tipul de protecţie la pătrunderea apei şi a corpurilor străine în motor, de forma constructivă, de sistemul de răcire, de putere şi tensiune o serie de elemente constructive:

• portperii;

• carcasă;

• scut;

• rulmenţi;

• cutia cu placă de borne stator;

• bornă de putere la pământ.

Terminologia generală pentru maşinile electrice, dată de STAS 4861-73 cuprinde şi terminologia subansamblelor şi pieselor componente.

Simbolizarea formelor constructive este dată în STAS 3998-74.

Se consideră un motor asincron cu câte o înfăşurare trifazată pe fiecare din cele două armături. Dacă înfăşurarea statorică se conectează la o reţea trifazată de tensiune şi frecvenţă corespunzătoare ea va fi parcursă de un sistem trifazat de curenţi care vor produce în intrefier un câmp magnetic învârtitor, cu viteza unghiulară 1. Dacă armătura rotorică cere în acel moment viteza unghiulară , într-o înfăşurare de fază a ei, denumită secundară, se induce t.e.m.

(A) e2=(W1-W)W2KW2 cos(W1-W)t=W2WaKW2 cosW2t

unde: W2 este pulsaţia t.e.m. induse

2 este viteza relativă dintre câmpul inductor şi rotor

Dacă înfăşurarea rotorului se închide, ea va fi parcursă de curenţi, care, la rândul lor, produc un câmp învârtitor de reacţie cu o sinteză unghiulară faţă de înfăşurarea care l-a produs:

(B) 2=W2/p=W1-W/p= 1-

Faţă de stator, câmpul de reacţie are viteza unghiulară:

+ 2= +( 1- )= 1

Adică, indiferent de turaţia rotorului, câmpul inductor şi cel de reacţie au aceeaşi viteză relativă faţă de stator. Deci, cele două câmpuri sunt fixe între ele şi se pot însuma, dând un câmp rezultant în întrejur. Prin interacţiunea dintre acestcâmp şi curenţii din înfăşurări, se exercită între cele două armături un cuplu electromagnetic.

Relaţia: e2=(W1-W)W2KW2 cos(W1-W)t=W2W2KW2 cosW2t arată că în înfăşurarea rotorică sunt curenţi, deci se poate exercita un cuplu numai dacă e20, adică  1. În acest caz se spune că se poate exercita un cuplu numai dacă rotorul alunecă faţă de câmpul învârtitor inductor.

Această alunecare, valori relative, este definită din relaţia:

(C) D=( 1- )/ 1=(n1-n)n1=(W1-W)/W1=W2/W1= 2/ 1

unde în general, =2 n şi W=2 .

Analiza regimurilor de funcţionare ale motoarelor asincrone se face în funcţie de turaţia relativă n2 a rotorului faţă de câmpul învârtitor inductor produs de stator, adică de turaţia n2=n1-n.

1) La n E(0;n1), deci E(0;1) t.e.m. indusă în conductoarele înfăşurării scurtcircuitate a rotorului, e=(vxB) l, produce curentul I2, iar forţa F=I2 lxB, care acţionează asupra conductoarelor, are tendinţa să accelereze rotorul către turaţia n1 a câmpului învârtitor. În acest caz, maşina primeşte energie electrică şi dezvoltă la arbore un cuplu magnetic, funcţionând în regim de motor.

2) Dacă turaţia rotorului este n n1, deci n2 0 şi 0, t.e.m. indusă îşi schimbă polaritatea, deci si I2 iar forţa F se opune ccreşterii turaţiei “n” a rotorului. Deci, pentru menţinerea acestei turaţii, trebuie ca maşina să primească energie mecanică şi dă energie electrică, funcţionând în regim de generator.

3) Când rotorul este rotit în sens opus câmpului învârtitor inductor, deci are faţă de acesta turaţia n2=n1+n şi alunecarea 1 t.e.m. indusă produce pe I2, iar F are sens opus faţă de n. În acest caz, motorul primeşte energie mecanică pe la arbore să menţină turaţia n în sens opus lui F şi energie electrică de la reţea, să aducă rotorul către turaţia de sincronism. Motorul funcţionează în regim de frână,.

În exploatarea motoarelor electrice sunt întâlnite toate regimurile de funcţionare menţionate, dar regimul de bază este de motor.

La motoarele cu rotorul în colivie, se face în trepte (p=numărul întreg). Schimbând conexiunile unei înfăşurări, se pot obţine două turaţii în raportul ½. Când se cer trepte diferite de acest raport, cum este cazul la motoarele pentru ascensoare, se dispune pe stator două înfăşurări distincte pentru turaţiile respective. Recent a început să se modifice numărul de poli prin modularea câmpului magnetic din întrefier când se pot obţine cu aceeaşi înfăşurare, dar schimbând conexiunile, două turaţii la care raportul difera de ½

1. ALEGEREA DIMENSIUNILOR DE BAZĂ

1.1 Înălţimea axei de rotaţie (în prealabil) după figura 1.7, a[1]. Din tabelul 1.6.[1] se acceptă valoarea mai apropiată şi mai mică h = 132 mm şi Da = 0,225 m.

1.2 Diametrul interior statoric:

D = KD·Da = 0,57 ·0,225 = 0.128 m.

unde: [KD = 0,57 din tabelul 1.7

1.3 Pasul polar:

1.4 Puterea de calcul după (1.4 [1]):

unde: [KE = 0,98 din figura 1.8.[1]; η = 0,87 şi cos φ = 0,9 din figura 1.9.[1]]

1.5 Solicitările electromagnetice, conform figurii 1.11, a[1]: A =26· 103 A/m;Bδ = 0,725T.

1.6 Factorul de înfăşurare pentru înfăşurarea într-un strat (în prealabil): KW1 = 0,95.

1.7 Lungimea de calcul:

[conform (1.5)[1] Ω = 2 · π · n/60 = 2 · π · 1500/60 = 157 rad/s].