Motorul asincron: pornirea directă

FIŞĂ DE DOCUMENTARE

Motorul asincron: pornirea directă

         Pentru pornirea motoarelor asincrone trebuie asigurate următoarele condiţii:

-  cuplul de pornire să fie suficient de mare

-  curentul de pornire să nu depăşească valoarea admisibilă pentru reţeaua de alimentare a motorului

-  durata procesului să fie cât mai scurtă

-   

         Alegerea metodei de pornire se face funcţie de reţeaua de alimentare (dacă este suficient de puternică) şi funcţie de mecanismul acţionat de motor.

Motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit pot fi pornite utilizând următoarele metode:

a) pornirea prin cuplare directă la reţea;

b) pornirea stea-triunghi;

c) pornirea cu bobine de reactanţe;

d) pornirea cu autotransformator.

Pornirea prin cuplare directă la reţea

Această metodă, deşi este extrem de simplă (se realizează prin simpla cuplare la reţea a înfăşurării statorice), nu se utilizează decât pentru motoare de puteri mici (P_N< 2,5 kWla cele în construcţie normală).

Pornirea poate fi făcută manual, cu ajutorul unui comutator – de regulă cu came, sau automat, cu ajutorul unui contactor, respectiv disjunctor. Pentru motoare care sunt utilizate în anumite sectoare economice pornirea se face şi cu ajutorul demaroarelor.

Pornirea directă prin comandă manuală

a motorului asincron cu rotorul în scurtcircuit

Pornirea automată (cu contactor) a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

Pornirea prin cuplare directă a motoarelor de mică putere este posibilă, din următoarele considerente:

- reţeaua de alimentare e suficient de puternică

- şocurile de cuplu nu provoacă solicitări periculoase mecanismului acţionat

- secţiunea conductoarelor înfăşurării statorice este mică, ceea ce conduce la o rezistenţă mare, respectiv un curent I_1p (curentul statoric la pornire), relativ scăzut;

-    aceste motoare au momentul de inerţie mic, ceea ce determină pornirea lor înainte ca I_1psă atingă valoarea maximă.

FIŞĂ DE DOCUMENTARE

Motorul asincron: pornirea stea-triunghi

Metoda se poate utiliza doar la motoarele care în mod normal funcţionează în triunghi.

Pentru exemplificare se consideră două motoare ale căror tensiuni nominale (de linie), corespunzătoare conexiunilor stea ("Y") şi triunghi (""), sunt 380/220 Y/, respectiv 660/380 Y/. Dacă reţeaua de alimentare furnizează 380 V, singurul motor care poate fi pornit cu ajutorul acestei metode este cel de-al doilea.

Schema de principiu corespunzătoare pornirii stea-triunghi este prezentată în figura 2.3.9.

Pornirea cu două întreruptoare manuale

K – întreruptor cu pârghie; I – comutator stea-triunghi; 1 – poziţie stea; 2 – poziţie triunghi;

S – statorul maşinii asincrone; R – rotorul maşinii asincrone;

Pornirea motorului asincron, în acest caz, se realizează în felul următor (iniţial K₁şi I sunt deschise):

- se trece comutatorul stea-triunghi I pe poziţia 1 (corespunză­toare conexiunii stea a înfăşurării statorului);

- se alimentează înfăşurarea statorică prin închiderea întrerupto­rului K₁ (motorul porneşte, punctul său de funcţionare se deplasează pe caracteristica mecanică artificială de tensiune,  , corespunzătoare conexiunii "Y");

- atunci când turaţia atinge, aproximativ, valoarea 0,9 n₁ se trececomutatorul pe poziţia 2 (""), punctul de funcţionare deplasându-se, la turaţie constantă, pe caracteristica mecanică corespunzătoare ().

El evoluează pe această caracteristică până în momentul în care cuplul dezvoltat, M, devine egal cu cel rezistent, M_r.

Concluzionând, se poate spune că această metodă reuşeşte să limiteze curentul de pornire prin alimentarea cu o tensiune de fază redusă faţă de situaţia conectării la reţea în triunghi.

Observaţii:

1) Pentru reprezentarea calitativă a caracteristicilor din figura următoare s-a ţinut seama de faptul că o dată cu modificarea tensiunii de alimentare, U₁, alunecarea critică, s_k (respectiv turaţia critică, n_k), nu este afectată, în timp ce cuplul maxim M_k depinde de pătratul tensiunii.

Prin urmare, ţinând cont de faptul că o dată cu trecerea de la "Y" la "" tensiunea de fază, U₁, se modifică de  ori, rezultă: 

2) Curentul de pornire (valoarea de linie) corespunzător cazului ín care conectarea la reţea se face în stea se calculează cu relaţia:

unde cu U_1N a fost notată tensiunea nominală (de linie) a reţelei de alimentare, iar cu  curentul de fază corespunzător conexiunii stea.

Dacă pornirea s-ar face cu înfăşurarea statorică în conexiune triunghi, curentul de fază corespunzător ar avea valoarea

ceea ce conduce la următoarea valoare a curentului de pornire absorbit din reţe

Prin urmare, se obţine: 

Cele demonstrate anterior justifică următoarele concluzii:

- pornirea stea-triunghi este însoţită de şocuri de curent şi de cuplu;

- metoda prezintă avantajul unui curent de trei ori mai mic decât cel corespunzător conectării directe;

- cuplul de pornire scade de trei ori, ceea ce impune ca această metodă să poată fi utilizată doar pentru porniri în gol sau cu sarcină foarte mică.

FIŞĂ DE DOCUMENTARE

Motorul asincron: pornirea cu bobine de reactanţă (în circuitul statoric)

Principial, această metodă este asemănătoare cu cea anterioară, ea presupunând alimentarea motorului, în primul moment al pornirii, cu o tensiune redusă faţă de cea nominală.

Evoluţia punctului de funcţionare este asemănătoare cu cea din cazul anterior cu deosebirea că, în noua situaţie, nu se mai păstrează acelaşi raport al cuplurilor şi curenţilor. Astfel, dacă se alimentează cu un curent limitat de k ori, cuplul fiind direct proporţional cu pătratul curentului scade de k² ori

În concluzie, se poate spune că soluţia utilizării unor bobine de reactanţă este simplă şi ieftină. Metoda este însă însoţită de şocuri de curent şi de cuplu.

În plus, apare şi dezavantajul unei scăderi rapide a cuplului, ceea ce a determinat utilizarea metodei în cazul unor porniri rare, în gol sau cu sarcină redusă.

Observaţie:

În condiţii similare, se poate utiliza un autotransformator care are avantajul că, la pornire, cuplul scade în acelaşi raport cu intensitatea curentului de pornire. 

Pornirea cu bobine de reactanţă în circuitul statoric se realizează în felul următor (iniţial K₁ şi K₂sunt deschise):

- se închide K₁, în acest fel maşina asincronă fiind alimentată cu o tensiune, U_1p, obţinută ca diferenţă între tensiunea reţelei, U_1N, şi căderea de tensiune pe bobina de reactanţă X;

- după intrarea în turaţie, se închide K₂(se scurtcircuitează reactanţa X), motorului aplicându-i-se întreaga tensiune a reţelei.

FIŞĂ DE DOCUMENTARE

Motorul asincron: reglarea vitezei motoarelor asincrone

Modificarea turaţiei motoarelor asincrone, în timpul funcţionării, se poate realiza, prin modificarea parametrilor de care depinde caracteristica mecanică, şi anume:

-          modificarea, în sensul creşterii, a rezistenţei circuitului rotoric prin introducerea unei rezistenţe electrice reglabile, în circuitul rotoric (metodă utilizată la motoarele asincrone cu rotorul bobinat), metodă de regulă neeconomică;

-          schimbarea numărului de perechi de poli ai înfăşurării statorice (prin această metodă se obţine o variaţie în trepte a vitezei)

-          modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare.

-          modificarea tensiunii de alimentare şi a frecvenţei în acelaşi timp astfel încât raportul constant, metoda cea mai utilizată înprezent datorită progreselor din domeniul electronicii de putere şi posibilităţilor de a realiza surse de tensiune alternativă reglabilă

Reglarea vitezei prin modificarea numărului de perechi de poli magnetici de pe stator: cele trei înfăşurări de fază sunt realizate din câte două semibobine care sunt conectate în două moduri diferite (o variantă – înseriate şi conectate în triunghi, cealaltă variantă – în paralel şi legate în stea). Comanda celor două conexiuni se realizează cu un comutator special.