MOTOARE ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV TRIFAZIC

Un motor electric este un dispozitiv ce transforma energia electrica in energie mecanica.

Motoarele electrice pot fi clasificate dupa tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu si motoare de curent alternativ. In functie de numarul fazelor in care functioneaza motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate.

Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ functioneaza pe baza principiului campului magnetic invartitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla in . In anul urmator a proiectat un motor de inductie bifazat, punand bazele masinilor electrice ce functioneaza pe baza campului magnetic invartitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea si transmisia eficienta la distanta a energiei electrice, marcand cea de-a doua Revolutie industriala. Un alt punct important in istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de catre Michael von Dolivo-Dobrowlsky in anul 1890 a rotorului in colivie de veverita.

O clasificare a motoarelor de curent altenativ se poate face astfel:

Motorul de inductie trifazat

Motoare asincrone

Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)

Motoare cu rotorul in scurtcircuit

Motoare de tipuri speciale

Motoare cu bare inalte

Motorul de inductie trifazat (fig 1) sau motorul asincron trifazat , este cel mai folosit motor electric in actionarile electrice de puteri medii si mari. Statorul motorului de inductie este format din armatura feromagnetica statorica pe care este plasata infasurarea trifazata statorica necesara producerii campului magnetic invartitor. Rotorul este format din armatura feromagnetica rotorica in care este plasata infasurarea rotorica. Dupa tipul infasurarii rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

• rotor in colivie de veverita (in scurtcircuit) - infasurarea rotorica este realizata din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de doua inele transversale.
• rotor bobinat - capetele infasurarii trifazate plasate in rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Fig 1

Prin intermediul inductiei electromagnetice campul magnetic invartitor va induce in infasurarea rotorica o tensiune. Aceasta tensiune creeaza un curent electric prin infasurare si asupra acestei infasurari actioneaza o forta electromagnetica ce pune rotorul in miscare in sensul campului magnetic invartitor.

Motorul se numeste asincron pentru ca turatia rotorului este intotdeauna mai mica decat turatia campului magnetic invartitor, denumita si turatie de sincronism. Daca turatia rotorului ar fi egala cu turatia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inductie electromagnetica, nu s-ar mai induce curenti in rotor si motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turatia motorului se calculeaza in functie alunecarea rotorului fata de turatia de sincronism, care este cunoscuta, fiind determinata de sistemul trifazat de curenti.

Alunecarea este egala cu: , unde ,

n₁ este turatia de sincronism si

n₂ este turatia rotorului.

,unde

f este frecventa tensiunii de alimentare si

p este numarul de perechi de poli ai infasurarii statorice.

Turatia masinii, in functie de turatia campului magnetic invartitor si in functie de alunecare este: .

Se observa ca alunecarea este aproape nula la mers in gol (cand turatia motorului este aproape egala cu turatia campului magnetic invartitor) si este egala cu 1 la pornire, sau cand rotorul este blocat. Cu cat alunecarea este mai mare cu atat curentii indusi in rotor sunt mai intensi. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directa a unui motor de inductie de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabila cu curentul de avarie al sistemelor de protectie, in acest caz sistemul de protectie deconecteaza motorul de la retea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin cresterea rezistentei infasurarii rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Cresterea rezitentei rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativa (pornirea lina) sau conectand initial infasurarea statorica in conexiune stea (pornirea stea-triungi - se foloseste doar pentru motoarele destinate sa functioneze in conexiune triunghi) sau prin inserierea de rezistoare la infasurarea statorica.

La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut in vedere ca cuplul motorului este proportional cu patratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare masina nu poate porni.

Turatia masinii de inductie se modifica prin modificarea alunecarii sale sau prin modificarea turatiei campului magnetic invartitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare si din rezistenta infasurarii rotorice astfel: se creste rezistenta rotorica (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice - doar la motoarele cu rotor bobinat) si se variaza tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativa, cicloconvertoare) sau se mentine tensiunea de alimentare si se variaza rezistenta din rotor (printr-un reostat variabil). Odata cu cresterea rezistentei rotorice cresc si pierderile din rotor si implicit scade randamentul motorului. O metoda interesanta de reglare a turatiei sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe acelasi ax cu motorul de inductie (cascada Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanica). Tensiunea indusa in rotor este astfel redresata si aplicata motorului de curent continuu astfel incat cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se insumeaza cuplului dezvoltat de motorul de inductie.

Reglarea turatiei motorului de inductie se face prin reglarea curentului prin infasurarea de excitatie. In locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare si un transformator de adaptare (cascada Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrica). Tensiunea indusa in rotor este astfel redresata si prin intermediul invertorului si a transformatorului este reintrodusa in retea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.

Turatia campului magnetic invartitor se poate modifica din frecventa tensiunii de alimentare si din numarul de perechi de poli ai masinii. Numarul de perechi de poli se modifica folosind o infasurare speciala (infasurarea Dahlander) si unul sau mai multe contactoare. Frecventa de alimentare se modifica folosind invertoare. Pentru frecvente mai mici decat frecventa nominala a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odata cu modificarea frecventei se modifica si tensiunea de alimentare pastrand raportul U/f constant. Pentru frecvente mai mari decat frecventa nominala la cresterea frecventei tensiunea de alimentare ramane constanta si reglarea vitezei se face cu slabire de camp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotatie al motorului de inductie se inverseaza schimband sensul de rotatie al campului invartitor. Aceasta se realizeaza schimband doua faze intre ele.

Motorul de inductie cu rotorul in colivie este mai ieftin si mai fiabil decat motorul de inductie cu rotorul bobinat pentru ca periile acestuia se uzeaza si necesita intretinere. De asemenea, motorul de inductie cu rotorul in colivie nu are colector si toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scantei, poluare electromagnetica, fiabilitate redusa si implicit intretinere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului in actionarile electrice de viteza variabila, deoarece turatia motorului se poate modifica foarte usor modificand tensiunea de alimentare insa, odata cu dezvoltarea electronicii de putere si in special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecventa variabila, tendinta este de inlocuire a motoar

Reglarea turatiei motoarelor asincrone trifazate

. Reglarea turatiei prin schimbarea numarului de poli

La motoarele cu rotorul in colivie, se face in trepte (p=numarul intreg). Schimband conexiunile unei infasurari, se pot obtine doua turatii in raportul ½. Cand se cer trepte diferite de acest raport, cum este cazul la motoarele pentru ascensoare, se dispune pe stator doua infasurari distincte pentru turatiile respective. Recent a inceput sa se modifice numarul de poli prin modularea campului magnetic din intrefier cand se pot obtine cu aceeasi infasurare, dar schimband conexiunile, doua turatii la care raportul difera elor de curent continuu cu motoare de inductie cu rotor in colivie

BIBLIOGRAFIE

https://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_electric

https://wapedia.mobi/ro/Motor_electric?t=7.

"Masini, aparate, actionari si automatizari" - Prof.dr.ing. Nastase    Bichir