Masina asincrona

MASINA ASINCRONA

Principiul de functionare. Elemente constructive.

Masina asincrona se foloseste mai ales ca motor asincron, astfel ca vom prezenta cu precadere functionarea si caracteristicile motorului asincron. Statorul motorului asincron este prevazut cu o infasurare trifazata avand cele trei faze dispuse decalat la periferia statorului la un unghi de 120⁰ una fata de cealalta. Alimentand infasurarile statorice cu un sistem trifazat de tensiuni simetric prin infasurari vor lua nastere trei curenti ce formeaza un sistem trifazat simetric. Astfel in motorul asincron va lua nastere, la fel ca la motorul sincron, un camp magnetic rotitor. Am reprezentat in figura alaturata campul magnetic rotitor de inductie B prin liniile de camp magnetic, iar printr-o sageata am reprezentat sensul de rotatie (cel trigonometric) al acestui camp in jurul axei perpendiculare pe figura ce trece prin punctul O. Daca pe axa din O se afla un cadru metalic (spira in scurtcircuit) ce se poate roti se observa ca atunci cand cadrul metalic este nemiscat sau cand se roteste cu o viteza unghiulara diferita de aceea a campului magnetic rotitor, in cadrul metalic se induce o tensiune electromotoare care da nastere in cadru la un curent indus. Pe baza regulii lui Lenz se constata ca sensul curentului indus in cadru (spira), cand viteza de rotatie a cadrului e mai mica decat a campului magnetic rotitor, este cel indicat in figura. Asupra laturilor cadrului parcurse de curentul indus, si aflate in campul magnetic de inductie B, vor actiona fortele  avand sensul din figura, dat de regula mainii stangi. Se observa ca asupra cadrului actioneaza un cuplu de forte ce va antrena cadrul in miscare de rotatie in sensul de rotatie al campului magnetic rotitor produs de infasurarea trifazata statorica. Este important de retinut faptul ca viteza de rotatie a cadrului trebuie sa fie mai mica decat aceea a campului magnetic rotitor pentru ca in cadru sa se induca un curent avand sensul din figura si, ca atare, asupra lui sa apara cuplul de forte mentionat. Daca presupunem ca, la un moment dat, viteza de rotatie a cadrului ar deveni egala cu aceea a campului magnetic rotitor atunci nu ar mai exista t.em. indusa in cadru, deci nici curent indus si viteza de rotatie a cadrului s-ar micsora. Cadrul metalic, sau spira se roteste cu o viteza de rotatie mai mica decat aceea a campului magnetic rotitor, deci asincron.

Forta ce actioneaza asupra unui conductor parcurs de curent atunci cand acesta se afla intr-un camp magnetic poarta numele de forta electromagetica. In cazul unui camp magnetic uniform de inductie B in care se afla un conductor, perpendicular pe liniile de camp magnetic, parcurs de un curent de intensitate i valoarea fortei electromagnetice este :    F = B i l

unde l este lungimea conductorului parcurs de curent si aflat in camp magnetic.

Forta are directia perpendiculara pe conductor, iar sensul acesteia este dat de regula mainii stangi: se aseaza mana stanga cu palma astfel incat liniile de camp magnetic sa intre in palma iar cele patru degete sa fie in snsul curentului electric. Degetul mare al mainii (palma deschisa) stangi va indica sensul fortei F.

Partile constructive de baza ale motorului asincron sunt:

• statorul, cu o constructie asemanatoare cu a motorului asincron; el cuprinde carcasa, miezul de fier (circuitul magnetic) statoric, infasurarile statorice trifazate si scuturile portlagar,
• rotorul, partea mobila a motorului, care cuprine arborele, miezul de fier rotoric confectionat din tole de otel electrotehnic, infasurarea rotorica sau colivia rotorica si ventilatorul.

Rotorul are miezul de fier de forma cilindrica prevazut cu crestaturi la periferia exterioara. In crestaturi este plasata infasurarea rotorica trifazata care poate fi de doua feluri:

• infasurare rotorica propriu-zisa avand capetele scoase la trei inele colectoare, in acest caz se spune ca motorul este cu rotor bobinat,
• infasurare in scurtcircuit, cand capetele infasurarii rotorice sunt legate in scurtcircuit; in acest caz infasurarea rotorica are forma unei colivii confectionata din bare de aluminiu, asezate in crestaturile rotorice, si scurcircuitate la capete prin inele frontale; in acest caz se spune ca motorul asincron este cu rotorul in scurtcircuit sau cu rotor in colivie.

Intre miezul rotoric si cel statoric exista un intrefier de 0.25 . 2 mm.

Marimile nominale ale motorului asincron. Relatii caracteristice

Marimile nominale ale motorului asincron sunt inscrise pe placuta indicatoare a masinii. Ele sunt:

• puterea nominala, adica puerea mecanica utila la arbore, in kW,
• tensiune nominala, este tensiunea de linie a retelei trifazate de la care este alimentat motorul, in V,
• curentul nominal de linie in A,
• schema de conexiuni a infasurarilor statorice (stea sau triunghi),
• randamentul nominal,
• factorul de putere nominal,
• frecventa nominala de alimentare, f in Hz,
• turatia nominala n a rotorului, in rot/min,
• serviciul nominal si gradul de protectie

La motoarele asincrone cu rotor bobinat se mai dau curentul rotoric de linie nominal si tensiunea electromotoare de linie a rotorului imobil cu infasurarea deschisa, in V.

Daca infasurarea trifazata statorica este alimentata de la o retea trifazata simetrica in masina va lua nastere un camp magnetic rotitor ce se roteste cu o turatie de sincronism:

unde:

este viteza unghiulara a campului magnetic rotitor, ω₁ este pulsatia curentilor trifazati statorici (ω₁ = 2 f = 314 rad/sec, la f = 50 Hz ), iar p este numarul de perechi de poli.

Am vazut ca turatia rotorului este mai mica decat aceea a campului magnetic rotitor, deci mai mica decat n₁. Daca notam cu n turatia rotorului, respectiv cu  viteza unghiulara de rotatie a rotorului atunci campul magnetic rotitor statoric va avea fata de rotor o viteza relativa:

Se numeste alunecare, si se noteaza cu s:

Rezulta evident:

Ω₂ = s Ω₁, ω₂ = s ω₁, f₂ = s f₁

Ca urmare se observa ca in infasurarile rotorice conectate in scurtcircuit apar curenti trifazati simetrici de frecventa f₂ mult mai mica decat frecventa f₁ a curentilor statorici. Turatia rotorului se poate exprima cu ajutorul alunecarii si a turatiei sincrone cu relatia:

n = (1-s) n₁

La motoarele asincrone cu puteri nominale de 1 . 1000 kW alunecarea nominala este de 6 . 1%, astfel ca turatia nominala a motoarelor asincrone este: n_n = (1-s_n) n₁

Masina asincrona, este o masina rotativa de CM., la care pentru o frecventa data a tensiunii de alimentare, viteza rotorului este variabila in functie de sarcina si de regimul de functionare. Masinile asincrone se clasifica in:

masini asincrone cu colector intalnite sub denumirea de masini de curent alternativ cu colector

masini asincrone fara colector, numite obisnuit masini asincrone sau masini de inductie, excitate in general in c.a., curent absorbit sub forma inductiva, simultan cu curentul activ din reteaua de distributie la care este conectat statorul acestora

Elemente constructive alte masinii asincrone

Masina asincrona, ca orice masina electrica rotativa, (fig. 17.1) este compusa din doua parti:

a.  parte fixa, statorul ce joaca rol de inductor si cuprinde: carcasa cu talpile de prindere in fundatie, miezul feromagnetic statoric 4, infasurarea statorica 5, scuturile 7 cu lagarele, cutia de borne, dispozitivul 11 de ridicare a periilor si scurtcircuitare a infasurarii rotorice (numai la unele tipuri);

b. parte mobila, rotorul ce joaca rol de indus si cuprinde: miezul feromagnetic rotoric 2, infasurarea rotorica 3, arborele l, inelele de contact 10 (numai la unele tipuri), ventilatorul 8 ;

Carcasa se executa prin turnare sau sudare, din aluminiu, fonta sau in ultimul timp din tabla ondulata din otel, care are o greutate mai mica si o racire mai buna. Carcasa este prevazuta cu nervuri de racire, talpi de fixare, inele de ridicare, scuturi laterale, cutie de boiae si placuta indicatoare. Aceasta sustine miezul magnetic statoric impreuna cu infasurarea statorica si da posibilitatea de centrare a rotorului fata de stator in scopul asigurarii unui intrefier uniform.

Miezul feromagnetic statoric 4 este un cilindru gol, prevazut la periferia interioara cu crestaturi identice (de forma dreptunghiulara deschisa sau semideschisa, trapezoidala cu istm, para cu istm ca in figura 17.2) si uniform distribuite, in care se plaseaza bobinele infasurarii trifazate statorice.

Acest miez feromagnetic se realizeaza din tole de tabla silicioasa de 0,5 mm grosime, laminata la cald sau la rece (cu cristale orientate).

Infasurarea trifazata statorica se compune din Nb bobine, fiecare bobina avand w' spire din cupru rotund sau profilat, izolate cu email, bumbac, fibre de sticla, micanita (la 6 kV). infasurarea se izoleaza in raport cu crestatura. Pentru masinile sub 500 V, izolatia crestaturii este formata din una sau doua folii izolante din hastafan, nuvolit, prespan sau alte izolatii, de grosime 0,5 mm, care inconjoara jur imprejur crestatura. Crestatura se inchide spre istm cu o pana de sticlo-textolit ori din lemn de fag fiert in ulei.

Motorul de inductie cu rotor bobinat:

1-arbore; 2-miezul rotoric; 3-infsurarea rotorului; 4-miezul statoric; 5-infasurarea

statorica; 6-carcasa; 7-scuturile; 8-ventilator; 9-capacul ventilatorului; 10-inele de contact;

11-dispozitiv de ridicare a periilor si de scurtcircuitare a infasurarii rotorului; 12-maneta

dispozitivului 11 de ridicare a periilor si scurtcircuitare a infasurarii rotorice.

Miezul feromagnetic rotoric se executa din acelasi material magnetic ca si miezul statoric, deci din tole de tabla silicioasa de 0,5 mm grosime, izolate sau neizolate (la functionarea in regim de motor, frecventa de magnetizare a tolelor este foarte redusa si in consecinta Pfe2 sunt neinsemnate). La periferia exterioara a rotorului se gasesc crestaturile rotorice in care se plaseaza infasurarea rotorica. Pachetul de tole rotoric se consolideaza pe axul masinii sau pe butucul rotoric prin tole marginale si placi frontale de presare si strangere.

infasurarea rotorica poate avea mai multe forme constructive si anume:

daca rotorul este bobinat (sau cu inele) fig. 17.1 infasurarea rotorica este trifazata, asemanatoare infasurarii statorice si este intotdeauna conectata numai in stea (3 capete ale infasurarii sunt conectate intre ele, iar celalalte trei capete sunt legate fiecare la cate un inel de contact). Pe cele 3 inele de contact, izolate intre ele si fata de axul rotoric, calca cate o perie (sau mai multe legate in paralel) de bronz grafit. Cele trei perii sunt legate apoi la bornele plasate in cutia de borne a statorului.

Sistemul de inele si perii asigura contacte alunecatoare intre infasurarea rotorica si reostatul de pornire sau reglare, sau/si o sursa de tensiune si frecventa date in cazul unei duble alimentari, in consecinta, prin intermediul acestui sistem de contacte alunecatoare se poate interveni in circuitele retorice, modificandu-se dupa necesitati parametrii circuitelor de faza sau conectand aceste circuite la surse trifazate exterioare.

daca rotorul este in colivie sau in scurtcircuit, infasurarea rotorica arata ca in figura 17.3, fiind compusa din Zi bare drepte, masive, asezate in crestaturi si neizolate, bare scurtcircuitate de doua inele frontale.

Colivia rotorica se obtine de cele mai multe ori, prin turnare, dintr-un aliaj de aluminiu (siluminiu ori zamac).

inel frontal

inel frontal

Infasurarea rotorica in scurtcircuit

Exista 3 tipuri de colivii rotorice , si anume:

colivia rotorica simpla, formata din bare de sectiune circulara;

colivia cu bare inalte, la care barele coliviei au inaltimile mult mai mari decat latimile acestora;

dubla colivie la care in fiecare crestatura exista cate doua bare; una, spre intrefier, mai subtire, numita colivie de pornire si alta, mai groasa, asezata sub prima, numita colivie de lucru.

Motoarele cu bare inalte si cele cu dubla colivie au cuplul de pornire mai mare decat cuplul nominal, iar curentul absorbit la pornire mai mic.

Motoarele cu rotorul in colivie pornesc deobicei prin cuplare directa la retea sau cu comutator stea - triunghi si se construiesc cu puteri maxime de (400500) k W. La puteri mai mari masinile asincrone se construiesc cu rotorul bobinat deoarece permit porniri la curenti cu putin mai mari decat cei nominali, avand cupluri de pornire foarte mari.

Masina asincrona este sigura in functionare, robusta, avand un coeficient ridicat de folosire a materialelor active. Are turatia aproape constanta in sarcina si nu este pretentioasa in exploatare - mai ales cea cu rotorul in colivie.

Datele nominale ale motorului asincron

Aceste date nominale sunt trecute pe placuta indicatoare a motorului si sunt urmatoarele

puterea nominala Ptt, masurata in [W] sau [kW], reprezinta puterea activa a motorului, pe care acesta o obtine la arbore, cand este alimentat la tensiunea nominala, astfel incat incalzirea motorului sa nu depaseasca in nici o parte , temperatura clasei de izolatie a sa, motorul functionand un timp nelimitat in serviciul considerat si in conditiile de mediu specificate. Se intelege ca puterea nominala P" definita mai sus nu presupune realizarea de catre motor a unei incalziri mult mai mici decat incalzirea corespunzatoare clasei sale de izolatie;

tensiunea nominala Un masurata in [V] sau [kV] este valoarea de linie a acesteia si depinde de conexiunea facuta infasurarii statorice a motorului (exemplu 220/380; ∆/Y);

curentul nominal In masurat in A, este valoarea de linie a acestuia si este absorbit de motor cand acesta este alimentat la tensiunea nominala si debiteaza la arbore puterea nominala;

turatia nominala nn masurata in rot/min este turatia imediat inferioara celei de sincronism, cand motorul functioneaza in regim nominal (turatia de sincronism este data de relatia n1= si reprezinta turatia cu care roteste campul magnetic invartitor statoric);

factorul de putere nominal, este definit de factorul aferent puterii active absorbite de motor, in regimul nominal de functionare, considerand sinusoidale tensiunea si curentul din stator;

frecventa nominala fa, masurata in Hz este frecvenata tensiunii de alimentare a motorului la care acesta a fost proiectat, in scopul functionarii sale normale.

Pentru motorul asincron cu inele se mai indica U2n- tensiunea intre faze cand rotorul este calat (blocat) precum si curentul I2n.

Principiul de functionare al motorului asincron trifazat.

Se considera motorul asincron trifazat a carui infasurare trifazata statorica este alimentata cu un sistem trifazat simetric si echilibrat de tensiuni, de la reteaua de alimentare. Sistemul simetric trifazat de curenti, stabilit prin infasurarea statorica, produce pe cale electromagnetica, campul magnetic invartitor stator ic ce roteste fata de statorul fix cu viteza unghiulara de sincronism n1=2 f1/p.

Campul invartitor statoric de excitatie induce in infasurarea trifazata rotorica inchisa, un sistem trifazat de t.e.m. , care vor da nastere unor curenti rotorici. Din interactiunea curentilor retorici cu campul magnetic invartitor statoric, ia nastere un cuplu electromagnetic asincron care pune rotorul in miscare in sensul campului invartitor (regula lui Lentz). Cauza inducerii curentilor rotorici o constituie diferenta de turatie dintre rotor si camp; in consecinta rotorul se va roti in sensul reducerii acestei cauze, adica in sensul campului invartitor.

Rotorul tinde sa prinda din urma campul invartitor, acest lucru nu se intampla niciodata deoarece in acest caz curentii rotorici ar fi nuli, iar cuplul electromagnetic asincron ar fi deasemenea nul.

Rotorul va ramane in urma campului invartitor pana cand cuplul sau electromagnetic va fi egal cu cuplul rezistent Mr de la arbore. La o crestere a cuplului rezistent Mr, rotorul va ramane mai mult in urma campului invartitor pana cand curentii rotorici vor creste,astfel incat acestia sa produca un cuplu electromagnetic asincron M=Mr

Se defineste alunecarea (s) a motorului, viteza relativa raportata a rotorului in raport cu aceea a campului magnetic invartitor.

s= =

Alunecarea nominala sn a motoareloi asincrone esie cuprinsa in intervalul (0,010,1) si deci cu atat mai mica cu cat puterea este mai mare. Se face precizarea ca pentru s = l ( 2= 0) rotorul este blocat (calat) si pentru s = 0 ( 1) rotorul roteste sincron cu campul magnetic invartitor (mersul in gol ideal, fara pierderi spre exemplu) iar campul electromagnetic M este nul. in consecinta masina asincrona functioneaza in regim de motor, pentru 0 < s < l, respectiv 0 < 2 <

Campul magnetic rezultant din intrefierul masinii se obtine prin suprapunerea campului magnetic invartitor inductor, creat de infasurarea statorica, cu campul magnetic invartitor de reactie creat de curentii rotorici, cele doua campuri avand la orice alunecare s a rotorului aceeasi viteza unghiulara si anume QI (fiind sincrone). Aceasta, intrucat, frecventa curentilor rotorici este data de relatia:

f2=p = s

Curentii rotorici dau campul magnetic invartitor de reactie care roteste fata
de rotor cu turatia f2/p=n1-n2, iar fata de stator cu turatia n2+(n1-n2)=n1,
adica cu aceiasi turatie ca si campul magnetic invartitor inductor. Cele doua
campuri sincrone (de excitatie si de reactie) se compun intr-un camp magnetic
invartitor rezultant, existent in intrefierul masinii. Sincronismul campurilor de
excitatie si de reactie pentru orice alunecare s a rotorului face ca masina sa aiba
cuplul electromagnetic M.

Regimurile de functionare ale masinii asincrone trifazate (calitativ).

Masina trifazata asincrona poate functiona in unul din urmatoarele regimuri :

regimul de motor corespunde situatiei in care alunecarea O < 5 < l. Regimul in care s = O reprezinta regimul de mers in gol ideal ca motor (fara a avea pierderi); regimul in care s - l este numit regim de pornire sau de scurtcircuit, in care rotorul este blocat. Regimul de motor este cel mai utilizat in practica;

regimul de generator. Se considera ca masina asincrona functioneaza in regim de motor si este cuplata cu o retea de putere infinita. Sa presupunem ca antrenam din exterior rotorul masinii asincrone cu o masina primara, la o turatie suprasincrona (n2 > n1)alunecarea s devenind negativa, in aceasta situatie, cuplul electromagnetic al masinii schimba de semn si din cuplu activ cum era in regim de motor, devine cuplul rezistent. Regimul in care cuplul electromagnetic este rezistent se numeste regim de generator electric, in care masina electrica primeste pe la arbore energia mecanica (de la motorul de antrenare) pe care o converteste electromagnetic in energie electrica cedata pe la borne in retea.

In acest regim s , 0). Puterea reactiva necesara magnetizarii masinii in regim de generator este absorbita de la reteaua ia care este cuplata, conferind caracter inductiv masinii. Acest lucru constituie un dezavantaj al generatorului asincron (in comparatie cu cel sincron ) si anume acela de a consuma putere reactiva din retea, deci de a reduce factorul de putere al retelei.

Regimul de generator asincron descris mai sus se refera la situatia in masina este cuplata la retea. Exista si regim de generator al masinii asincrone pe retea proprie, in care caz, pentru a functiona, aceasta trebuie sa aiba cuplata t.e.m induse in 'secundar' (rotor) au natura unor tensiuni de miscare si nu de transformare, avand insa aceleasi expresii analitice, daca se inlocuiesc formal in expresia t.e.m a transformatorului numerele de spire w1 si w2 cu produsele w1 . kw1, respectiv, w2 . kw2.

Sa consideram acum, infasurarea rotorica inchisa, in aceasta situatie in rotor vor lua nastere curentii de valoare efectiva I2, care vor da un cuplu electromagnetic M ce va pune rotorul in miscare, acesta alunecand fata de campul invartitor rezultant cu alunecarea s. Conform relatiei (15.28) t.e.m indusa pe faza rotorica va avea valoarea efectiva proportionala cu alunecarea:

E2s=s

unde: E2s este valoarea efectiva a t.e.m retorice de faza, indusa la alunecarea s a rotorului, iar E2 este valoarea efectiva a t.e.m. retorice indusa la frecventa/i adica cand rotorul este calat si este data de relatia:

E2=

Se noteaza cu R2 rezistenta pe faza rotorica si cu L 2 inductivitatea de dispersie rotorica pe faza. Curentul rotoric are valoarea efectiva determinata considerand rotorul un circuit R-L serie:

I2= =

in relatia (17.6) termenul 2-n-fi . La2 = coi . Lo2 =Xa2 reprezinta reactanta de dispersie a rotorului pentru cazul cand rotorul este in repaus. Prin urmare, in sarcina, a valori mici ale alunecarii s, masina asincrona in regim de motor se comporta in functionare la fel ca in repaus, deci ca un 'transformator' insa cu o rezistenta in circuitul rotoric, rezistenta mult mai mare decat rezistenta efectiva R2, a infasurarii rotorice defaza. Putem scrie ca:

din care rezulta ca sarcina masinii produsa de cuplul rezistent la ax si de cuplul de frecari, poate fi echivalata cu o 'rezistenta de sarcina' Rs=R2(1-s)/s.

in consecinta, masina asincrona este echivalenta, formal, cu un 'transformator', functionand in tensiuni de miscare, cu numerele de spire wi si w2 afectate de factorii de infasurare, (respectiv w1-kw1 si w2-kw2), avand rezistenta de sarcina Rs= .

Se precizeaza ca reactantele de dispersie pe faza statorica si rotorica X_ai si respectiv, X_a2 sunt definite la frecventa f1 a retelei de alimentare a motorului.

Se considera ca daca rotorul masinii este calat atunci s=1 si schema echivalenta a motorului coincide cu acea a unui transformator in scurtcircuit . din acest motiv regimul in care rotorul este blocat se mai numeste regim de scurtcircuit al motorului.

1.6. Bilantul de puteri active al motorului asincron

Puterea pierduta in 'rezistenta de sarcina' Rs este chiar puterea mecanica Pivia motorului compusa din puterea utila PI, furnizata de motor la arbore, si din pierderile mecanice de frecare si ventilatie Pm, produse in motor, incat putem scrie:

Definim puterea electromagnetica P = M-Qi a motorului, puterea activa la nivelul intrefierului, care trece din stator in rotor, prin intermediul campului electromagnetic. Relatia de mai sus defineste si cuplul electromagnetic M al motorului (la nivelul intrefierului). Din puterea electromagnetica P care trece din stator in rotor, o mica parte Pj2 se pierde sub forma de pierderi Joule in infasurarea rotorica si restul este puterea mecanica PM, deci putem scrie relatiile:

Pe de alta parte, puterea activa absorbita de motor de la reteaua de alimentare este P1=, si se imparte in trei parti: o mica parte PJI se pierde sub forma de pierderi Joule in infasurarea statorica; o alta, Pfe se pierde in fierul statoric; a treia parte P si cea mai mare parte se transmite prin intrefier, rotorului sub forma de putere electromagnetica, incat putem scrie :

Relatia (17.12) reprezinta ecuatia de bilant a puterilor active ale motorului asincron . Conform relatiilor putem deduce doua relatii energetice de baza ale motorului asincron:

Asadar, pierderile Pj2 prin efect Joule in infasurarile rotorice sunt proportionale cu alunecarea s a motorului:

1.7. Caracteristica mecanica a motorului asincron

Este caracteristica fundamentala a oricarui motor electric. Ea reprezinta dependenta bijectiva dintre cuplul util mi de la arbore si turatia n2 a acestuia, M2 =f(n2), pentru U1 = U1n = const. Si f= const.; sau 2i =f~^l(M2).

Curentul I'2 se determina din schema echivalenta a motorului si are expresia obtinuta potrivit regulii divizorului de curent:

Factorul real c are valori uzuale in intervalul (l,02l,08), valorile mai mari corespunzand motoarelor de putere mica. Adesea se considera c = l.

Cuplul M este proportional cu patratul tensiunii de faza U1t si cu rezistenta ,^r₂ a circuitului rotoric. Daca se reprezinta grafic functia M=f(s) data de relatia (17.19) se obtine graficul. Alunecarea critica s_m, corespunzatoare cuplului maxim M_m se deduce rezolvand ecuatia , cu solutia:

Din relatiile de mai sus, in ipoteza neglijarii rezistentei statorice R1, se deduc urmatoarele relatii de proportionalitate

Pentru s = l se obtine expresia cuplului de pornire al motorului. Motoarele cu rotorul bobinat au in general M_p < M" , marirea lui M_p, o face reostatul de pornire. Motoarele cu rotorul in colivie au de obicei Mp>Mn.

Formula lui Kloss este o relatie echivalenta care tine seama si de expresiile (17.20). Astfel, dupa cateva calcule se gaseste relatia:

Caracteristica mecanica M2=f(n2) a motorului se deduce din relatia in care alunecarea s se exprima in functie de turatia n2 . daca se neglijeaza cuplul corespunzator pierderilor de frecare si ventilatie avem :

Pm=P2=(1-s) =M2x

Graficul caracteristicii mecanice a motorului :

1.8. Regimurile de functionare ale motorului asincron

1.8.1. regimul de functionare in gol este caracterizat de cuplul de sarcina nul la arbore (Mr=0). Schema de montaj pentru efectuarea incercarii de mers in gol este prezentata in figura 17.10 in care RT este un regulator de tensiune , iar Rp este un reostat de pornire. Se regleaza tensiunea aplicata motorului la valoarea nominala U10=U1n, moment in care se mai masoara curentul I10 si puterea trifazata .

1.8.2. Regimul de functionare in scurtcircuit este regimul limita la care rotorul motorului este calat (s = 1). Determinarile experimentale se fac tot cu schema din figura 17.10, caland rotorul motorului si scurtcircuitandu-i reostatul de pornire R_p. Se regleaza din RT tensiunea pana cand curentii absorbiti de motor iau valori nominale, citindu-se in acel moment valorile U1k, I1k=I1n, P1k. Cu ajutorul celor trei marimi se determina alte elemente caracteristice ale motorului:

- tensiunea nominala de scurtcircuit:Uk(%)=

- pierderile nominale in infasurari Pjn se determina la temperatura standard cu relatia in care P1k sunt pierderile masurate cand infasurarile au temperatura

- parametrii schemei echivalente in T, Rk=R1+R2, si X

Rk=; X)ē-Rēk

1.8.3 Incercarea in sarcina a motorului asincron se face cu ajutorul schemei din figura 17,10, in care motorul antreneaza o frana oarecare (de exemplu un generator de c.c. sau o frana cu curenti turbionari). Se determina caracteristicile de sarcina ale motorului asincron care sunt: caracteristica mecanica, caracteristica factorului de putere si a randamentului. Caracteristica mecanica a fost tratata in paragraful 1.5.

a. Caracteristica randamentului :

In care Ps reprezinta pierderile suplimentare datorate armonicelor superioare ale campului magnetic din intrefier, neglijate in teoria motorului asincron prezentata anterior. Se apreciaza ca Ps = 0,005 . P2. Randamentul motorului variaza cu puterea lui utila PI si are un maxim pentru P2 e (O, 50,75) . Pn. In figura 17.11 se traseaza cu linie intrerupta, caracteristica randamentului motorului asincron.

Spre deosebire de transformator diferenta dintre max si n este mai mare aproximativ (2. pentru motoarele cu putere nominala sub 1kW ,randamentul nominal nu depaseste (70 La puteri de 100kW randamentul nominal poate ajunge la (

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

b) Caracteristica factorului de putere este definita de relatia cos 1 = f(P2) la U1=U1n=const. Si f1=const.. Factorul de putere al motorului asincron se defineste de relatia:

cos

in care P1 este puterea absorbita de motor de la retea, iar Ul si Il sunt valorile de linie ale tensiunii si curentului. Factorul de putere variaza puternic cu sarcina motorului, iar in figura 17.11 se prezinta, cu linie plina, caracteristica factorului de putere al motorului. Masina asincrona are, in orice regim de functionare, factor de putere inductiv adica absoarbe intotdeauna putere reactiva din reteua la care este cuplata.

1.9. Masini asincrone speciale

Se vor trata cele mai folosite masini asincrone, aratandu-se elementele lor constructive si principiile de functionare.

1.9.1. Motorul asincron monofazat este un motor cu infasurarea statorica monofazata si cea rotorica in colivie, infasurarea statorica creeaza in intrefierul masinii un camp magnetic pulsatoriu de forma (15.8), variabil in timp si fix in spatiu, care se descompune in doua campuri magnetice invartitoare circulare, unul direct si respectiv unul invers, potrivit relatiei:

b(cos(cos(

desi motorul asincron monofazat este echivalent cu doua motoare asincrone trifazate, identice, ale caror infasurari statorice produc campuri magnetice invartitoare identice, dar de sensuri opuse de rotatie si ale caror rotoare sunt solidare pe acelasi ax.

Rotorul are fata de campul magnetic invartitor direct , alunecarea :

sd==s

ca la orice masina asincrona trifazata, obisnuita, si fata de campul magnetic invartitor invers alunecarea:

si= =2-s

Cuplul direct Md produs de campul magnetic invartitor direct se deduce cu relatia (1.19), iar cel invers Mi, cu aceeasi relatie in care se inlocuieste s cu 2 -s. Aceste cupluri se reprezinta grafic in figura (17.12) cu linii punctate. Cuplul rezultant M al masinii monofazate va fi Md-Mi, reprezentat grafic cu linia mai groasa in figura 1.12. Se constata ca masina asincrona monofazata nu are cuplu de pornire (M=0, la s= 1). Daca la pornire se da un impuls mecanic rotorului, intr-un sens sau altul, motorul porneste in sensul respectiv ( daca Mimpuls>Mr) prinzandu-se in punctele A sau B (figura de mai jos)

Pentru a obtine un cuplu nenul la pornire, motorului i se adauga o infasurare statorica suplimentara, decalata spatial la 90° electrice fata de infasurarea principala, numita fuzii auxiliara, care ocupa numai o treime din crestaturile statorice. Ambele infasurari se conecteaza la aceeasi retea alternativa monofazata, infasurarea principala legandu-se direct, iar faza auxiliara inseriata cu un condensator de defazare C, ca in figura 17.13.

in acest fel, cele doua infasurari fiind decalate spatial la 90° electrice si fiind parcurse de curentii Ip si Ia defazati in timp la aproape 90° electrice, dau nastere, asa cum s-a aratat in paragraful 15.4 la un camp magnetic invartitor care nu este circular ci eliptic, deoarece cele doua infasurari nu sunt identice.

centrifugal. Motorul asincron monofazat se construieste pentru puteri mici si este folosit la antrenarea masinilor de spalat rufe, la actionarea pompelor, a ventilatoarelor si a unor instalatii electrocasnice.

Utilizarea motorului asincron trifazat in retele monofazate este posibila cu reducerea puterii acestuia si utilizarea unui condensator C. O schema folosita este aceea din figura 17.14, in care AX, B Y, CZ sunt cele trei infasurari statorice ale motorului trifazat, iar C este condensatorul de defazare, calculat din conditia

Fig.l7.14.Motorul asincron

trifazat pentru retele monofazate

Fig.l7.15.Scheraa principala a servomotorului asincron bifazat cu rotorul in scurtcircuit

Aceasta conditie care provine din faptul ca numarul de spire echivalent al infasurarii inseriate BC este si deci solenatii egale ale infasurarilor AX si BC, corespund relatiei I1 = infasurarile BY si CZ se inseriaza diferential, caz in care fluxul lor magnetic este perpendicular pe fluxul magnetic al fazei AX, asigurand in acest caz defazajul lor spatial de 90° electrice.

Puterea maxima pe care o poate da motorul in schema monofazata se obtine atunci cand curentii I2=Inf, Inf fiind curentul nominal pe faza al motorului trifazat. Aceasta putere nu depaseste (4550)% din puterea nominala in regim trifazat al motorului.

1.9.2. Servomotorul asincron bifazat cu rotorul in scurtcircuit este un motor cu rotorul in colivie si cu statorul echipat cu doua infasurari decalate spatial cu 90° electrice; una dintre ele este numita infasurare de excitatie si este inseriata cu un condensator, ramanand in permanenta conectata la retea, iar cealalalta denumita infasurare de comanda are aplicata o tensiune de comanda variabila.

Schema principala a servomotorului este prezentata in figura de mai sus (17.15). comanda servomotorului se face in cele mai multe cazuri prin variatia tensiunii de comanda Uc (comanda de amplitudine).

Spre deosebire de motorul asincron monofazat cu faza auxiliara care odata pornit, continua sa se roteasca si dupa intreruperea fazei auxiliare (fig.l7.16.a), servomotorul asincron bifazat franeaza la disparitia semnalului de comanda. Conditia de autofranare se obtine deoarece servomotorul are rezistenta infasurarii rotorice foarte mare, astfel incat alunecarea critica sa fie supraunitara, irr acest fel caracteristica cuplului rezultant al servomotorului are o astfel de forma (fig.l7.16.b) incat daca servomotorul se roteste intr-un sens si i se deconecteaza infasurarea de comanda, el va dezvolta un cuplu de sens invers, adica de franare (punctul de functionare sare din A in B - fig.!7.16.b). O rezistenta rotorica marita conduce la scaderea randamentului servomotorului, ceea ce face posibila utilizarea lui in instalatiile electrice de mica putere.

O varianta constructiva a servomotorului asincron bifazat o reprezinta servomotorul asincron cu rotorul in forma de pahar . Rotorul acestuia este foarte usor si are forma unui pahar fixat in consola de un scut lateral. Servomotorul are doua statoare : unul exterior echipat cu infasurari si celalalt interior, necesar inchiderii fluxului magnetic. Intre cele doua saloane se afla paharul rotonc, deci masina are intrefier mare ceea ce conduce la un factor de putere redus. Din acest motiv servomotorul se utilizeaza la puteri foarte mici (cativa wati) in general la frecvente ridicate.

1.9.3. Motorul asincron cu poli ecranati (cu spira in scurtcircuit) se utilizeaza la puteri mici (5-^250)W pentru actionari de ventilatoare, picupuri, magnetofoane, etc. Schema motorului este prezentata in figura 17.17. O anumita parte din deschiderea piesei polare este cuprinsa de o spira in scurtcircuit (spira ecran).Aceasta spira impreuna cu infasurarea de pe pol formeaza un transformator.

In pol exista deci, doua campuri magnetice pulsatorii : unul creat de infasurarea polara si altul creat de curentul care circula prin spira in scurtcircuit. Cele 2 campuri sunt decalate in spatiu si defazate in timp, ceea ce tace ca in masina sa apara un camp invartitor eliptic care produce cuplul de pornire al motorului. Motorul asincron cu spira in scurtcircuit are randament si factor de putere de valori scazute.

1.9.4. Regulatorul de inductie trifazat este in esenta o masina asincrona cu rotorul bobinat care serveste ca si autotransformatorul la reglarea tensiunii trifazate alternative. Rotorul este calat cu un dispozitiv special (surub melc-roata melcata) care permite rotirea acestuia fata de stator cu un unghi de 180° electrice, in figura 17.18 este prezentata schema electrica a unui regulator de inductie trifazat cu infasurarea rotorica R conectata in stea. infasurarea statorica S se conecteaza in serie cu reteaua de alimentare de tensiune U, obtinandu-se la celelalte borne trifazate ale sale tensiunea variabila U2.

Considerand marimile sinusoidale, ecuatia complexa de tensiuni a regulatorului este:

U2=U1+U2

In figura 17,19 este reprezentata diagrama tensiunilor de faza ale regulatorului de inductie .

Fazorul retelei U1 este fix, iar varful fazorului Us se deplaseaza in functie de pozitia rotorului, pe un cerc cu centrul in varful fazorului U1. Rezulta ca valoarea efectiva a tensiunii secundare U2 poate fi reglata aproximativ, intre o valoare maxima data de suma tensiunilor U1 + U2 si o valoare minima data de diferenta U1 - U2 adica intre 0 si 2U1.

Motor asincron trifazat care functioneaza in ca monofazat cu dimensionarea cond de pornire

FUNCTIONARE MOTOR ASINCRON TRIFAZAT (3x380V, 50Hz) IN REGIM MONOFAZAT (220V, 50Hz, F+N)

Propunem doua posibile scheme pentru modificarea conexiunilor la cutia de borne a unui motor asincron trifazat (3x380V) astfel incat sa functioneze la tensiunea de 220 monofazat (F+N).
Masina asincrona monofazata poate fi echivalata cu doua masini asincrone polifazate, cuplate pe aceasi ax, care au infasurarile primare alimentate in serie. Infasurarea primara monofazata este reparizata, in general, pe 2/3 din periferia statorului.
Un motor asincron trifazat, la care s-a intrerupt o faza, ajunge sa functioneze in sarcina monofazata.
Motorul asincron monofazat nu are cuplu de pornire. Din acest motiv  motorul asincron monofazat are in stator o infasurare auxiliara, care ocupa 1/3 din perifieria masinii decalata fata de infasurarea principala cu 90de grade si alimentata de la aceeasi sursa de curent alternativ. Pentru realizarea decalajului de 90 de grade, infasurarea auxiliara se realizeaza astfel incat rezistenta acesteia sa fie mult mai mare decat reactanta de dispersie; un alt procedeu mai eficient consta in montarea in serie cu infasurarea auxiliara a unui condensator,Cp. Dupa pornirea motorului faza auxiliara este decuplata printr-un intreruptor manual sau automat.
Condensatorul Cf are rolul de a limita curentul prin faza auxiliara in regim de functionare.
Sunt date relatiile de calcul pentru condensatoare.
Cf - condensator functionare
Cp - condensator pornire
Pentru sarcini reduse Cp nu este necesar.
Intreruptorul k poate fi intreruptor manual sau automat (se poate masura curentul la pornire si dupa atingerea valorii nominale k se deschide automat)
a functionarea motorului asincron trifaza in regim de motor asincron monofazat sarcina scade la 2/3 din sarcina nominala.

Masini asincrone

Reglarea turatiei motorului asincron

1) Cu roti care multiplica turatia sau demultiplicatoare =solutie foarte costisitoare

2) Reglarea turatiei prin modificarea numarului de poli

Se cunoaste ca n=f/p

N=turatia=rot/min

F=frecventa retelei =50Hz

P=nr de poli ai motorului

Modificarea numarului de poli .Constructiv se poat realiza maxim 3 perechi de poli deci 3 turatii diferite

3) Prin modificarea frecventei

Se vede in formula de mai sus daca numarul de poli este constant si modific frecventa de alimentare se modifica si turatia motorului

N=f/p numarul de rotatii pe minut este direct prop cu frecventa ,creste frecventa creste si numarul de rotatii si invers

Frecventa retelei nu poate fi modificata ea este standard 50Hz

O modalitate de a modifica frecventa este prin folosirea dispozitivelor electronice

Un motor asincron conectat la un inverter (permite reglarea frecventei) va avea o turatie variabila functie de frecventa inverterului